水溫控制調(diào)節(jié)器課程設(shè)計

1、 勤奮 嚴(yán)謹(jǐn) 求實 創(chuàng)新 電氣工程與自動化學(xué)院水溫控制調(diào)節(jié)器 課題 目：基于Cortex-M0的水溫控制調(diào)節(jié)器設(shè)計學(xué) 號：XXXXXX姓 名：XXXXXX專業(yè)班級：XXXXXX指導(dǎo)老師：XXXXXX編寫日期：2013年6月29日 （電氣工程與自動化學(xué)院）程設(shè)計第 0 頁 共 29 頁基于Cortex-M0的水溫控制調(diào)節(jié)器設(shè)計摘要溫度是流程工業(yè)中極為常見的熱工參數(shù)，對它的控制也是過程控制的一個重點。由于加熱過程、加熱裝置特殊結(jié)構(gòu)等具體原因，使得過程對象經(jīng)常具有大時滯、非線性、難以建立精確數(shù)學(xué)模型等特點，利用傳統(tǒng)的PID控制策略對其進(jìn)行控制，難以取得理想的控制效果，而應(yīng)用數(shù)字PID控制算法能得到較

2、好的控制效果。本文主要闡述了一種改進(jìn)型的加熱爐對象及其工藝流程，使加熱爐的恒溫及點火實現(xiàn)了自動控制，從而使加熱爐實現(xiàn)了全自動化的控制。此種加熱爐可廣泛應(yīng)用于鋁廠、鋼廠等金屬冶煉、金屬加工行業(yè)以及化工行業(yè)。此設(shè)計以工業(yè)中的電加熱爐為原型，以實驗室中的電加熱爐為實際的被控對象，采用PID控制算法對其溫度進(jìn)行控制。電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對工件或物料加熱的工業(yè)爐。電阻爐在機械工業(yè)中用于金屬鍛壓前加熱、金屬熱處理加熱、釬焊、粉末冶金燒結(jié)、玻璃陶瓷焙燒和退火、低熔點金屬熔化、砂型和油漆膜層的干燥等。電熱元件具有很高的耐熱性和高溫強度，很低的電阻溫度系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。Cor

3、tex-M0處理器，是市場上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。該處理能耗非常低、門數(shù)量少、代碼占用空間小，使得MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價位，獲得32位處理器的性能。超低門數(shù)還使其能夠用于模擬信號設(shè)備和混合信號設(shè)備及MCU應(yīng)用中，可望明顯節(jié)約系統(tǒng)成本。ARM憑借其作為低能耗技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)建超低能耗設(shè)備的主要推動者的豐富專業(yè)技術(shù)，使得Cortex-M0處理器在不到12K門的面積內(nèi)能耗僅有85微瓦/MHz(0.085毫瓦)。Cortex-M0處理器還適合擁有諸如智能傳感器和調(diào)節(jié)器的可編程混合信號市場，這些應(yīng)用在傳統(tǒng)上一直要求使用獨立的模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。本設(shè)計采用Cortex-M

4、0作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，用三極管作為測溫元件，采用軟件PID調(diào)節(jié)作為溫度調(diào)節(jié)器。由Cortex -M0自帶的AD轉(zhuǎn)換器與PWM輸出作為主要控制單元。采集數(shù)據(jù)的同時，通過串口把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，在上位機上顯示當(dāng)前的PWM值、AD采集電壓值與時間的關(guān)系曲線。溫度通過TinyHMI數(shù)碼管顯示出來，使電阻爐的溫度始終保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，達(dá)到PID調(diào)節(jié)的目的。關(guān)鍵字：電阻爐、Cortex-M0、AD轉(zhuǎn)換器、三極管、PWM、PID調(diào)節(jié)第 27 頁 共 29 頁目 錄目 錄4第一章 緒論5 1.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義5第二章 課程設(shè)計方案8 2.1 溫度控制系統(tǒng)的目的和功能8 2

5、.2 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)和要求8 2.2.1 設(shè)計課題8 2.2.2 設(shè)計要求8 2.2.3技術(shù)指標(biāo)9第三章 硬件設(shè)計原理及內(nèi)容10 3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖10 3.2 電爐主控制電路設(shè)計10 3.2.1 過零觸發(fā)雙硅輸出光耦MOC306110 3.2.2 晶體管BT13712 3.3 三極管測溫原理簡介14 3.4 電爐電路設(shè)計圖15 3.5 仿真后的PCB圖紙16 3.6 焊接后實體圖17第四章 PID軟件設(shè)計19 4.1 PID模擬調(diào)節(jié)器19 4.2 數(shù)字PID控制器20 4.3 基于PID算法的程序流程21 4.4 基于C語言實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)22第五章 電阻爐模型的建立24 5.1 電阻爐數(shù)

6、學(xué)模型的建立24 5.2 電阻爐模型參數(shù)的確定24 5.2.1 模型分析24 5.2.2 求模型K、T、值25 5.3 由模型求PID參數(shù)25 5.3.1 基于Matlab的simulink仿真25致謝27第1章 緒論1.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。我國的電加熱鍋爐在10多年前問世，由于受到當(dāng)時電力因素的制約，發(fā)展非常緩慢，只有幾

7、個非鍋爐行業(yè)的廠家在生產(chǎn)。1998年以來，特別是2000年，電熱鍋爐市場迅速發(fā)展。行業(yè)內(nèi)許多廠家都已經(jīng)或者正在準(zhǔn)備生產(chǎn)電熱鍋爐。由于起步晚、規(guī)模小,電加熱鍋爐的控制水準(zhǔn)很低，甚至很原始。電加熱鍋爐的控制與燃油（氣）鍋爐的控制有很大的不同：1 電流巨大，屬大電流或超大電流控制；2 沒有現(xiàn)成的燃燒器及其程控器，鍋爐的加熱過程和控制品質(zhì)完全由自己決定；3 比燃油（氣）鍋爐的自動化程度和蓄熱要求更高，外觀要求也更現(xiàn)代、更美觀。因此，電熱鍋爐控制存在較大難度。1998年我們抓住了市場機遇，再次把工業(yè)控制技術(shù)應(yīng)用于電加熱鍋爐控制領(lǐng)域，把大型電力負(fù)荷控制的成功經(jīng)驗移植到電加熱鍋爐的大電流控制上來，率先提出了

8、電加熱鍋爐的循環(huán)投切和分段模糊控制的控制模式，較好地解決了電加熱鍋爐控制的理論和實際問題。國內(nèi)電加熱爐的加熱形式主要有以下兩個：1 電阻加熱式國內(nèi)絕大多數(shù)廠家采用該方式，并選用電阻式管狀電熱元件。電阻加熱方式的電氣特點是鍋水不帶電，但在電加熱元件漏水或爆裂時會使鍋水帶電或稱漏電。另外，受電熱元件絕緣導(dǎo)熱層的絕緣程度的影響，電熱管存在一定的泄漏電流。泄漏電流的國家標(biāo)準(zhǔn)是<0.5ma。該方式在結(jié)構(gòu)上易于疊加組合，控制靈活，更換方便。2 電磁感應(yīng)加熱式該方式的加熱原理是：當(dāng)電流通過加熱線圈時，就會形成電磁場把金屬鍋殼置于電磁場之中，就會使鍋殼產(chǎn)生渦流，并導(dǎo)致其發(fā)熱，從而完成對鍋水加熱的目的。其

9、電流愈大，發(fā)熱量愈大。電磁感應(yīng)加熱方式在工業(yè)上的應(yīng)用較早，典型的應(yīng)用就是中頻加熱爐。但是把它應(yīng)用到鍋爐上，確屬首次，很有創(chuàng)意值得關(guān)注。目前國內(nèi)只有一家廠家生產(chǎn)這種電熱鍋爐。該方式的優(yōu)點是，與水和鍋爐是非接觸式加熱，因此絕無漏電的可能性；另一個優(yōu)點是該方式須用可控硅做驅(qū)動輸出，因此具有無觸點開關(guān)的獨特優(yōu)勢；機械噪聲小，可多級或無級調(diào)節(jié)，使用壽命長。該方式的缺點是熱效率比電阻加熱方式要稍低，約96%:。這是因為后者是直接與鍋水接觸加熱，而前者是間接加熱，況且作為功率驅(qū)動元件的可控硅元件，其本身也要消耗一定功率。電阻爐是利用電流通過電阻體產(chǎn)生的熱量來加熱或熔化物料的一類電爐。它的特點：電路簡單；對爐

10、料種類的限制少；（小型電阻爐可以加熱食品、干燥木材等）；爐溫控制精度高；容易實現(xiàn)在真空或控制氣氛中加熱等特點。電阻爐的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸。電阻爐按爐溫不同可以分為低溫電阻爐(600700以下)、中溫電阻爐(7001200)、高溫電阻爐(1200以上)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電阻爐被廣泛應(yīng)用在冶金、機械、石油化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中，在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制與生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源節(jié)約等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)緊緊相連。因此各個領(lǐng)域?qū)﹄娮锠t溫度控制的穩(wěn)定性、可靠性、精度等要求也越來越高，溫度測量控制技術(shù)也成為現(xiàn)代科技發(fā)展中的一項重要技術(shù)。PID控制溫度

11、的效果主要取決于P、I、D三個參數(shù)。PID控制大滯后、大慣性，其控制品質(zhì)難以保證。電阻爐是由電阻絲加熱升溫，靠自然冷卻降溫，PID控制對小型電阻爐的溫度控制效果良好。本文以電阻爐為控制對象，以Cortex-M0為硬件核心，利用Cortex-M0使電阻爐的溫度維持在一個穩(wěn)定的范圍。第二章 課程設(shè)計方案2.1 溫度控制系統(tǒng)的目的和功能溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和

12、人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時候都需要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動控制，保證生產(chǎn)的自動化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，但是微型計算機的體積、價位、可靠性，都無法滿足廣大對象對嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。2.2 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)和要求2.2.1 設(shè)計課題設(shè)計一個水溫可控的電阻爐，可以在超調(diào)允許的范圍內(nèi)自動

13、調(diào)節(jié)溫度，使電爐在預(yù)定的電壓值下所對應(yīng)的溫度不變。2.2.2 設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)：設(shè)計并制作一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為電爐。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變。同時滿足以下要求：1：設(shè)置的PID參數(shù)，超調(diào)不允許超過百分之十，抗擾動性能好。2：當(dāng)溫度偏高或者偏低時可以通過PWM的控制使電爐停止加熱。 3：從串口輸出水溫隨時間變化的數(shù)值。4：用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實際溫度保留三位小數(shù)。 2.2.3技術(shù)指標(biāo)（1） 溫度顯示誤差不超過1。（2） 溫度顯示范圍為099。（3） 程序部分用PID算法實現(xiàn)溫度自動控制。（4） 檢測信號為電壓信號

14、。（5） 通過上位機實時顯示當(dāng)前的相關(guān)數(shù)據(jù)（6） 溫度設(shè)定范圍為 4090，最小區(qū)分度為1，標(biāo)定溫度1。 第三章 硬件設(shè)計原理及內(nèi)容3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)的ARM爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機控制器、可控硅輸出部分、熱電偶傳感器、溫度變送器以及被控對象組成。圖3-1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：看門狗報警提醒通信接口LED顯示鍵盤微控制器Cortex-M0溫度檢測PT100驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)8路D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832測量變送8路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809加熱電阻溫度3.2 電爐主控制電路設(shè)計3.2.1 過零觸發(fā)雙硅輸出光耦MOC3061MOC3061系列產(chǎn)品可以用來驅(qū)動工作電壓為220V（

15、240V）的交流雙向可控硅。當(dāng)交流負(fù)載電流較小時，如200mA以下，也可以直接用它來帶負(fù)載。適用于電磁閥及電磁鐵控制、電機驅(qū)動、溫度控制等。MOC3061系列采用雙列直插6引腳封裝形式，其引腳排列及內(nèi)部電路如右圖所示。器件由輸入、輸出兩部分組成。1、2教為輸入端，輸入級是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管（LED），該二極管在515mA正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光，觸發(fā)輸出部分。3、5腳為空腳，4、6腳為輸出端，輸出級為具有過零檢測的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時，光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。主要性能參數(shù)：可靠觸發(fā)電流Ift=515mA；保持Ih=100µA；超阻斷電壓600V；

16、重復(fù)沖擊電流峰值1A；關(guān)斷狀態(tài)額定電壓上升率dV/dt=100V/µs。 該器件的極限參數(shù)如表1所示，電氣特性如表2所示。3.2.2 晶體管BT137一、主要特性一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創(chuàng)制于1957年，由于它特性類似于真空閘流管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅T。又由于可控硅最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。雙向可控硅是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關(guān)器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ?/p>

17、性，而且還具有比硅整流元件（俗稱“死硅”）更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。 二、工作原理1、可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成。當(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic。2、由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)

18、斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，條件如下：A、從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽極電位高于是陰極電位，2、控制極有足夠的正向電壓和電流，兩者缺一不可。B、維持導(dǎo)通1、陽極電位高于陰極電位，2、陽極電流大于維持電流，兩者缺一不可。C、從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽極電位低于陰極電位，2、陽極電流小于維持電流，任一條件即可。3.3 三極管測溫原理簡介一、PN節(jié)與溫度的關(guān)系 由于PN結(jié)在溫度變化時結(jié)電壓也隨之變化，一般在室溫環(huán)境下，溫度每升高1，其正向壓降減小22.5mV，溫度每升高10°C，反向電流大約增大1倍左右。右圖給

19、出了硅PN 結(jié)的溫度特性曲線。由曲線可以看出，當(dāng)溫度低于200時，結(jié)電壓與溫度有良好的線性關(guān)系，可用作溫度傳感器，實現(xiàn)溫度電壓（t-V）轉(zhuǎn)換。硅 PN 結(jié)可承受的最高結(jié)溫比鍺 PN 結(jié)要高，更加適于測量150以下的溫度，故通常應(yīng)選用硅管。曲線表示 PN 結(jié)的結(jié)電壓對溫度的偏導(dǎo)數(shù)，實際上就是 PN 結(jié)的溫度系數(shù)，在 150以下范圍內(nèi)，這個溫度系數(shù)約為-2.5 mV/。另外PN 結(jié)溫度傳感器具有響應(yīng)速度較快（時間常數(shù)小于 1 s）體積小和價格低廉的優(yōu)點。晶體管溫度傳感器則是利用半導(dǎo)體材料 PN 結(jié)電流電壓特性和溫度的相關(guān)性進(jìn)行測溫，它的最大優(yōu)點是輸出線性度好，測溫精度也比較高，而且價格便宜，是比較

20、有前途的一類溫度傳感器。二、測溫電路工作原理寄存器AD轉(zhuǎn)換放大器溫度傳感器傳感器電壓是通過 NPN 三極管的基極和發(fā)射極之間 PN 結(jié)的溫度特性實現(xiàn) t-V 轉(zhuǎn)換的，得到的電壓是經(jīng)過放大器放大后的電壓。 圖 2.2.2 溫度采集流程圖NPN 三極管發(fā)射極基極的 PN 結(jié)、R3、R1、R2 、R5、R6、R7一起構(gòu)成了傳感器電橋,當(dāng)溫度變化時,結(jié)電壓 UBE隨之變化，繼而引起運放的正向輸入端、反向輸入端的電壓相應(yīng)變化，經(jīng)過運算放大器的放大實現(xiàn)溫度電壓的轉(zhuǎn)換。三、測溫電路的相關(guān)計算，此時運放同向端電壓約等于PN結(jié)的電壓；運放輸出的電壓值為：.由次關(guān)系式可知，隨著溫度的上升，PN結(jié)的壓降不斷下降，輸

21、出電壓也慢慢增大。3.4 電爐電路設(shè)計圖電爐總控電路的設(shè)計如下圖2.1.3所示：3.5 仿真后的PCB圖紙3.6 焊接后實體圖第4章 PID軟件設(shè)計4.1 PID模擬調(diào)節(jié)器一、模擬PID控制系統(tǒng)組成，如圖4.1 圖4.1 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖二、模擬PID調(diào)節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值r(t)與實際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進(jìn)行控制。 1、PID調(diào)節(jié)器的微分方程 （4-1） 式中 2、PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù) （4-2）三、PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用1、比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的

22、偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。2、積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強。3、微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。4.2 數(shù)字PID控制器一、模擬PID控制規(guī)律的離散化，如表4.1.2所示模擬形式離散化形式 表4.1.2 模擬PID控制規(guī)律的離散化二、數(shù)字PID控制器的差分方程 （4-3）式中 稱為比例項 稱為積分項 稱為微分項三、常用的控制方式1、P控制 2、P

23、I控制 3、PD控制 4、PID控制 四、PID算法的兩種類型 1、位置型控制 （4-4） 2、增量型控制 （4-5）4.3 基于PID算法的程序流程一、增量型PID算法的程序流程1、增量型PID算法的算式 （4-6）式中， （4-7）2、增量型和位置型PID算法的程序流程，如下圖所示 2、 位置型PID算法的程序流程1、位置型的遞推形式 （3-8）2、位置型PID算法的程序流程只需在增量型PID算法的程序流程基礎(chǔ)上增加一次加運算u(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。三、對控制量的限制1、控制算法總是受到一定運算字長的限制2、執(zhí)行機構(gòu)的實際位置不允許超過上(或下)極限 4.4

24、 基于C語言實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)本此設(shè)計采用的是增量式PID算法，此法簡單明了，可以隨機建模，然后通過得出的模型進(jìn)而調(diào)出PID相關(guān)的比例、積分、微分參數(shù)，Cortex-M0中軟件編制為如下程序：/* 函數(shù)名稱: CalPID* 函數(shù)描述: 根據(jù)偏差值調(diào)節(jié)PWM占空比* 輸入?yún)?shù): 第一次的偏差值* 輸出參數(shù): 無* 返回值 : PWM*/int CalPID(int First_devt)static int Second_devt = 0,Third_devt = 0;static int PID_Contr_PWM = 0;PID_Contr_PWM = PID_Contr_PWM + Kp*(

25、First_devt - Second_devt)/1000 + Ki*First_devt/100000 + Kd*(First_devt - 2*Second_devt + Third_devt);if (PID_Contr_PWM >= 100)PID_Contr_PWM = 100;if (PID_Contr_PWM <= 0)PID_Contr_PWM = 0;Third_devt = Second_devt;Second_devt = First_devt;return PID_Contr_PWM;分析說明:該函數(shù)的入口參數(shù)為第一次計算的AD采集電壓與預(yù)設(shè)的電壓值的差值

26、，最后通過PID調(diào)節(jié)得出的為給定的PWM數(shù)值，上述程序中PID參數(shù)分別為：Kp = 100,Ki = 25,Kd = 0，該參數(shù)是由電爐的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確得到的。第五章 電阻爐模型的建立5.1 電阻爐數(shù)學(xué)模型的建立由于電阻爐是一個大滯后、大慣性器件，所以可以確定電阻爐對象數(shù)學(xué)模型為，接下來需要確定的就是確定模型里面的K、T、值。5.2 電阻爐模型參數(shù)的確定首先、使用開環(huán)觀察在確定PWM的條件下，溫度與時間的關(guān)系式，為不導(dǎo)致過大的PWM使水沸騰，所有給定的PWM比較小（占空比為百分之五，周期為0.5s）。當(dāng)?shù)谝淮芜_(dá)到穩(wěn)定溫度時，再次改變PWM的給定值（給定PWM為百分之八），再次得到一個穩(wěn)定的曲線，如圖5.1所示。 圖5.1機理建模曲線5.2.1 模型分析由圖5.1可知，在PWM為百分之五的時候達(dá)到穩(wěn)定時刻有：U1=854，t1=3365;在PWM為百分之八的時候達(dá)到穩(wěn)定時刻有：U2=5147,t2=1150。5.2.2 求模型