烤箱連續(xù)溫度控制系統(tǒng)

1、目 錄烤箱連續(xù)溫度控制系統(tǒng) .11 設(shè)計(jì)概述.11.1 任務(wù)分析.11.2 整體方案.22.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).32.1.1 8155 接口電路.32.1.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路.42.1.3 溫度檢測(cè).52.1.4 電阻爐.52.1.5 電力電子裝置.62.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).72.2.1 主程序 .82.2.2 T0 中斷服務(wù)程序.83 控制過(guò)程說(shuō)明.93.1 環(huán)節(jié)分析.93.2 調(diào)節(jié)規(guī)律.93.3 干擾分析.113.4 PID控制MATLAB仿真及參數(shù)整定 .11參考文獻(xiàn) .141烤箱連續(xù)溫度控制系統(tǒng)摘 要自動(dòng)控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其廣泛的應(yīng)用，溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的

2、控制類(lèi)型之一。隨著電力電子和單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)芯片對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制日益成為今后自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。采用單片機(jī)來(lái)對(duì)他們控制不僅具有控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法

3、也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求。近幾年來(lái)快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式，如：PID 控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡(jiǎn)便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)所使用的加熱器件是電爐絲，功率為三千瓦，要求溫度在 4001000。靜態(tài)控制精度可以達(dá)到 2.43。本設(shè)計(jì)主要有四部分組成：（1）單片機(jī)控制器設(shè)計(jì)；（2）電力電子控制裝置；（3）溫度檢測(cè)變送部分1 設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)概述1.1 任務(wù)分析電烤箱是一種應(yīng)用廣泛的食品加工設(shè)備 .電烤箱本身是個(gè)熱容系統(tǒng) ,具有大純滯后和大慣性 ;由于家用烤

4、箱的外殼很薄 ,封閉性不好 ,與環(huán)境溫差越大散熱越快 ,具有非線性 ;同時(shí)對(duì)象的參數(shù)還受箱內(nèi)食品種類(lèi)和數(shù)量的影響。2電阻爐是利用電流通過(guò)電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加熱或者熔化工件和物料的熱加工設(shè)備。電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。爐體由爐殼、加熱器、爐襯（包括隔熱屏）等部件組成。電氣控制系統(tǒng)包括電子線路、微機(jī)控制、儀表顯示及電氣部件等。輔助系統(tǒng)通常指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，雖爐種的不同而已。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用如下圖所示。給定溫度控制器電氣執(zhí)行裝置電爐溫度檢測(cè)變送器圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示，該系統(tǒng)為單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象，檢測(cè)變送裝置構(gòu)成。其中溫度

5、控制器及比較環(huán)節(jié)可以由單片機(jī)構(gòu)成；電爐溫度主要是由其電流來(lái)決定，因此可以利用電力電子裝置組成電流可控的執(zhí)行裝置；檢測(cè)變送器則可以用熱電偶及相關(guān)信號(hào)處理電路來(lái)構(gòu)成。對(duì)于該系統(tǒng)而言，冷工件進(jìn)入電爐加熱時(shí)對(duì)電爐溫度造成的影響是系統(tǒng)的主要干擾因素。1.2 整體方案 由單片機(jī)完成溫度測(cè)量、控制，顯示等功能。用溫度傳感器測(cè)量溫度值，其選用AD590,經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器組成的信號(hào)調(diào)理電路變成 05V 電壓信號(hào)，由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，由運(yùn)算放大器電路變成 05V 電壓信號(hào)，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制被控對(duì)象的輸出功率。 由單片機(jī)完成溫

6、度測(cè)量、控制，顯示等功能。用溫度傳感器測(cè)量溫度值，其選用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻 pt100,經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器組成的信號(hào)調(diào)理電路變成 05V 電壓信號(hào)，由 A/D 轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，由運(yùn)算放大器電路變成 05V 電壓信號(hào)，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制被控對(duì)象的輸出功率。2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電烤箱溫度控制系統(tǒng)是以 MS-5l 單片機(jī)為控制核心，輔以采樣反饋電路，驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管主電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可表示為:系統(tǒng)采用單閉環(huán)形式，其基本控制原理為:將溫度設(shè)定值(即輸入控制量)和溫度反饋值同時(shí)

7、送入控制電路部分，然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器運(yùn)算得到輸出控制量，輸出控制量控制驅(qū)動(dòng)電路得到控制電壓施加到被控對(duì)象上，電爐因此達(dá)到一定的溫度。 圖 2 控制電路的設(shè)計(jì)2.1 8155 接口電路8155 芯片內(nèi)具有 256 個(gè)字節(jié)的 RAM，兩個(gè) 8 位、一個(gè) 16 位的可編程 I/O 口和一個(gè) 14位計(jì)數(shù)器。它與 51 型單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。給定值8051 控制電路驅(qū)動(dòng)電路電路晶閘管主電路控制對(duì)象輸出溫度采樣電路4圖 4 帶有 I/O 接口和計(jì)時(shí)器的靜態(tài) RAM81558155 用作鍵盤(pán)/LED 顯示器接口電路，當(dāng) IO/為高電平時(shí)，8155 選通片內(nèi)的 I/O 端M口。A,B

8、,C 三個(gè)口可以作為擴(kuò)展的 I/O 口使用，MCS51 單片機(jī)的 PO 口與 8155 的AD0AD7 相連。此時(shí) P0 輸出的低 8 位地址只有 3 位有效，用于片內(nèi)選址，其他位無(wú)用。使用 A,B,C三個(gè)口時(shí)，首先向命令寄存器寫(xiě)入一個(gè)控制字以確定三個(gè)口的工作方式。如果寫(xiě)入的控制字規(guī)定他們工作于方式或方式下，則這三個(gè)口都是獨(dú)立的基本 I/O 口?？梢灾苯永?MOVX A,DPTR 或 MOVX DPTR,A 指令完成這三個(gè)口的讀/寫(xiě)（輸入/輸出）操作。工作在方式或方式時(shí)，C 口用作控制口或部分用于控制。MCS51 單片機(jī)可以和 8155 直接連接，不需要任何外加電路，給系統(tǒng)增加了 256 個(gè)

9、字節(jié)的 RAM、22 位 I/O 線及一個(gè)計(jì)數(shù)器。當(dāng) P2.00 且 P2.1=0 時(shí)，選中 8155 的 RAM工作；在 P2.0=1 和 P20=0 時(shí)，8155 選中片內(nèi)三個(gè) I/O 端口。相應(yīng)地址分配為：0000H-00FFH 8155 內(nèi)部 RAM 0100H 命令/狀態(tài)口 0101H A 口 0102H B 口 0103H C 口 0104H 定時(shí)器低八位口 0105H 定時(shí)器高八位口52.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 5 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖ADC0809 的 IN0 和變送器輸出端相連，故 IN0 上輸入的 0V-+5V 范圍的模擬電壓經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后可由 8051 通過(guò)程序從 P0

10、口輸入到它的內(nèi)部 RAM 單元。首先輸入地址選擇信號(hào)，在 ALE 信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中一路模擬量輸入。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào) START 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出EOC 信號(hào)。在允許輸入信號(hào) OE 的控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入到外部數(shù)據(jù)總線。2.3 溫度檢測(cè)6圖 6 溫度檢測(cè)電路溫度的檢測(cè)通常用兩種方法：熱電阻和熱電偶。熱電阻一般用于溫度低一些的地方，而熱電偶則用于溫度比較高的地方。這里是要檢測(cè)電爐的溫度，因此選擇使用熱電偶。對(duì)于 01000的溫度,可以使用鎳鉻熱電偶，分度號(hào)為 EU，其輸出信號(hào)為 041.32 mA，經(jīng)毫伏變送器,輸出 01

11、0mA，然后再經(jīng)過(guò)電流電壓變換電路轉(zhuǎn)換為 05V。為了提高控制精度，可將變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，例如溫度測(cè)量范圍改為 4001000熱電偶給出16.441.32 mA 時(shí)，使變送器輸出 010mV，這樣使用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，能使量化誤差達(dá)到2.34。為了消除誤差,還必須考慮進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。具體電路如圖 5 所示。2.4 電阻爐電阻爐即為該系統(tǒng)的被控對(duì)象。其工作原理是將電能轉(zhuǎn)化為電阻爐的熱能。根據(jù)焦耳定律可知：2QI Rt其中 I 為流過(guò)電熱絲的電流，R 為電熱絲電阻，t 為工作時(shí)間。很明顯改變電流就可以調(diào)節(jié)電阻爐的發(fā)熱功率，而且電阻爐屬于純電阻負(fù)載，要改變其電流，只需要改變它的工作電壓就

12、行了。另外，電阻爐通常會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很大的純滯后時(shí)間，致使系統(tǒng)開(kāi)環(huán)相頻特性相角滯后過(guò)大，造成閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。為了解決這一問(wèn)題，通?？梢圆捎貌蓸涌刂频姆绞?。讓控制系以一定的時(shí)間間隔采樣一次被控參數(shù)，與設(shè)定值進(jìn)行比較后，經(jīng)控制運(yùn)算輸出控制信號(hào)，然后保持該控制信號(hào)不變，保持時(shí)間必須大于純滯后時(shí)間。07圖 7 采樣控制過(guò)程結(jié)構(gòu)圖2.5 電力電子裝置電力電子裝置作為該系統(tǒng)的執(zhí)行器，由電阻爐工作原理的分析可知，它的任務(wù)是改變供給電阻爐的電壓。這里使用的是交流調(diào)功電路的方式。利用過(guò)零型雙向晶閘管的觸發(fā)特性，只有當(dāng)其兩端電壓過(guò)零時(shí)控制端上施加觸發(fā)信號(hào)，它才導(dǎo)通；一旦導(dǎo)通，只有再次過(guò)零時(shí)才被關(guān)斷，針對(duì)這一特點(diǎn)

13、，本系統(tǒng)采取了控制在 M 個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的周期數(shù) m（0mM）的方法來(lái)控制輸出平均電壓。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可以使控制運(yùn)算說(shuō)的控制量 u 和實(shí)際導(dǎo)通周期 m 直接對(duì)應(yīng)。同步檢測(cè)電路檢出電網(wǎng)電壓信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，形成過(guò)零同步信號(hào)，并接到 CPU 的中斷請(qǐng)求輸入端，以提供觸發(fā)參考點(diǎn)和控制周期 M 的計(jì)數(shù)信號(hào)。需要注意的是，同步檢測(cè)電路和電阻爐加熱回路的電源必須是同相的，以保證觸發(fā)信號(hào)的同步。、圖 8 過(guò)零型雙向晶閘管的觸發(fā)特性驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)為保證驅(qū)動(dòng)電路可靠工作，其驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)滿足如下要求：1）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能提供驅(qū)動(dòng)脈沖，使加熱電路迅速導(dǎo)通。2）能提供適當(dāng)?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆聪蚱珘?，使加熱電路可靠的開(kāi)

14、通和關(guān)斷。3)有足夠的輸入輸出電氣隔離能力，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路隔離，且具有靈敏的短路、過(guò)流保護(hù)功能。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖 9 所示。8OPT OISO1Q1Q2R1R2R4R5R6R3+5VOUTG1E-10VGND+15V圖 9 驅(qū)動(dòng)電路工作原理電路Q1，Q2 組成功率放大電路，OUT1、OUT3 來(lái)自控制電路。該驅(qū)動(dòng)電路能安全接受輸入信號(hào)，在接到正確的控制信號(hào)后對(duì)加熱電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，加熱電路開(kāi)始工作，對(duì)外部進(jìn)行加熱，最大功率可達(dá)到 2000W。從而實(shí)現(xiàn)電烤箱的加熱過(guò)程。93 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 主程序圖 10 主程序流程圖應(yīng)當(dāng)注意：由于 T0 被設(shè)定為計(jì)數(shù)器方式 2，初值為

15、 06H，故它的溢出中斷時(shí)間為 250個(gè)過(guò)零同步脈沖。為了系統(tǒng)正常工作，T1 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間必須滿足 T0 的制一時(shí)間要求，因?yàn)?T1 的中斷是嵌套在 T0 中斷之中的。3.2 T0 中斷服務(wù)程序T0 中斷服務(wù)程序是溫度控制系統(tǒng)的主程序，用于啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器，讀如數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波，越權(quán)溫度報(bào)警和處理，PID 計(jì)算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。P1.3 引腳上輸出的該同步脈沖寬度由 T1 計(jì)數(shù)器的溢出中斷控制，8051 利用等待 T1 溢出中斷空隙時(shí)間完成把本次采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成顯示值而放入顯示緩沖區(qū)和調(diào)用溫度顯示程序，8051 從 T1中斷服務(wù)程序返回后便可以恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和返回主程序，以

16、等待下次 T0 中斷。104 控制過(guò)程說(shuō)明控制過(guò)程說(shuō)明4.1 環(huán)節(jié)分析以熱電偶為主要組成的溫度檢測(cè)變送環(huán)節(jié)，主要是用來(lái)檢測(cè)電阻爐的爐溫，并以電信號(hào)的形式反饋給系統(tǒng)，使系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)。根據(jù)熱電偶的工作原理，電阻爐爐溫越高，其導(dǎo)體兩端的電壓差就越大，最后反饋給系統(tǒng)的電壓信號(hào)也越大。因此溫度檢測(cè)變送器屬于正作用。從電阻爐工作原理的分析可知，提供給電阻爐的平均工作電壓越高，其平均電流就越大，根據(jù)焦耳定律，它的發(fā)熱功率就越大。因此被控對(duì)象電阻爐也屬于正作用。作為執(zhí)行器的電力電子裝置是一種交流調(diào)功電路，它的輸出主要是由觸發(fā)信號(hào)來(lái)控制的。而觸發(fā)信號(hào)是由控制器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)處理放大后形成的，即輸入越大，輸出也越

17、大。所以執(zhí)行器也是正作用。本系統(tǒng)的控制器是用單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字調(diào)節(jié)器，比較環(huán)節(jié)也有單片機(jī)來(lái)完成。調(diào)節(jié)器的輸出決定于被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值之差，被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值變化，對(duì)輸出的作用方向是相反的。為了使本系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋，應(yīng)該選擇為反作用，即隨著測(cè)量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出要隨之減??；反之當(dāng)測(cè)量值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出要增大。4.2 調(diào)節(jié)規(guī)律這里使用的是經(jīng)典控制中最常用的 PID 調(diào)節(jié)方式。另外由于采用數(shù)字控制器，因此必須使用離散的 PID 控制算法。PID 控制器是指按偏差的比例（P） 、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的 PID 控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。

18、它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象“一階滯后純滯后”與“二階滯后純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參11數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD） 。數(shù)字 PID 控制器的原理是將 PID 參量離散化。在工業(yè)上，偏差控制又稱為 PID 控制，這是工業(yè)控制中常用的控制形式，一般能收到令人滿意的效果。PID 控制上目前包含三種比較簡(jiǎn)單的 PID 控制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。 這三種 PID 算法雖然簡(jiǎn)單，但各有特點(diǎn)

19、，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。本設(shè)計(jì)中草用的是增量式 PID 算法?？刂普摳嬖V我們，PID 控制的理想方程是： （1.1）11()pDdeUKEedtTTdt式中 e 測(cè)量值與給定值之間的偏差;TD 微分時(shí)間:T - 積分時(shí)間;KP 調(diào)節(jié)器的放大系數(shù).將上式離散化得到數(shù)字PID位置式算法，在位置式算法的基礎(chǔ)之上得到數(shù)字PID增量式算法： （1.2）11012101()(2)()npnnnnnnpnnnnUKeeK eK eeeKeK eKee比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Kp 偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。Kp 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Kp 太小，又會(huì)使系

20、統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Kp 可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果 Kp 的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況 Kp 的符號(hào)就一定要取反。積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ti ?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Td 偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Td 偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有 Td 合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。124.3 干擾分析在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之中都要求系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。但是由于各種原因，往往會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)料的干擾因素破壞系統(tǒng)原先設(shè)計(jì)好的運(yùn)行

21、狀態(tài)，這就要求系統(tǒng)本身要有一定得抗干擾能力，能夠在收到干擾的情況下自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的工作狀態(tài)。如圖 1 所示，冷工件進(jìn)入電爐加熱時(shí)對(duì)電爐溫度造成的影響是系統(tǒng)的主要干擾因素。工件加熱的過(guò)程本身也并非是一個(gè)溫度線性上升的過(guò)程。當(dāng)工件剛進(jìn)入爐中時(shí)，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)到的溫度陡然降低很多。此時(shí)溫度檢測(cè)變送裝置將溫度信號(hào)反饋回去，與給定值進(jìn)行比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)偏差的陡然增大，于是控制器輸出也增大。電力電子裝置輸出增大，電阻爐的加熱功率也就隨之增大，使得爐內(nèi)溫度能夠盡快回到穩(wěn)定值。另外，若是由于電網(wǎng)波動(dòng)原因，令電阻爐在每一時(shí)段內(nèi)輸出偏高，而造成爐溫過(guò)高，經(jīng)檢測(cè)變送裝置也會(huì)回饋到控制器上，控制器輸出會(huì)隨之減小，從而使輸出減小

22、，電阻爐發(fā)熱功率也減小，最終使?fàn)t內(nèi)恢復(fù)正常。本系統(tǒng)屬于單閉環(huán)控制系統(tǒng)。同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化） ，只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它本身就具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)也是工業(yè)上應(yīng)用得最多的一種控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)然對(duì)于一些特殊的場(chǎng)合簡(jiǎn)單的 PID 控制規(guī)律和單閉環(huán)結(jié)構(gòu)可能也滿足不了要求，這就要求使用更為復(fù)雜的控制規(guī)律和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4.4 pid 控制 matlab 仿真及參數(shù)整定因?yàn)槭鞘褂?matlab 對(duì)參數(shù)進(jìn)行確定，所以可以選擇穩(wěn)定邊界

23、法（臨界比例度法） ，選擇的模擬控制模型如圖中所示，即用一個(gè)一階環(huán)節(jié)和一個(gè)純比例滯后來(lái)模擬。純滯后時(shí)間為 4（若選擇大于一階環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)的純滯后時(shí)間常數(shù)則必須采用串級(jí)、前饋控制） 。根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度 Pm和振蕩周期 Tm） ，按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。13圖 11 電烤箱仿真原理圖首先，置調(diào)節(jié)器 Ti ， Td=0，比例度 P 較大值，將系統(tǒng)投入運(yùn)行；再逐漸減小P ，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界值 Pm=1.31 和 Tm=12。按照穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計(jì)算表，得 pid 控制器的各參數(shù) p=1.36 ti=6 td=1.5圖 12 系統(tǒng)臨界振蕩時(shí)輸出波形圖 13 參數(shù)整定后 pid 控制輸出波形14總結(jié)體會(huì)本設(shè)計(jì)使用無(wú) ROM 的 80