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信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述）
畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)文獻(xiàn)綜述
信 電 系 工業(yè)電氣自動(dòng)化 專業(yè) 級(jí) 1 班
課題名稱：MCS-51單片機(jī)智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：
年 2月15日～6月8日(共17周)
學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 10
指導(dǎo)教師：
報(bào)告日期： 年6月8日
4
文獻(xiàn)綜述
溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)?？刂凭戎苯佑绊懼a(chǎn)品質(zhì)量的好壞。實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)材料的燒成制度來調(diào)節(jié)電爐的輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的溫度控制。一般的有兩種方法:第一種就是手動(dòng)調(diào)壓法,第二種控制方法在主回路中采取雙向可控硅裝置,并結(jié)合一些簡(jiǎn)單的儀表,使得保溫階段能夠自動(dòng),但這兩種方法的升溫過程都是依賴于試驗(yàn)者的調(diào)節(jié),并不能精確的按照給定的升降溫速度來調(diào)節(jié)。本文提出的以參數(shù)自整定PID 控制為基礎(chǔ)的溫控系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠,大大提高了控制質(zhì)量及自動(dòng)化水平,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
電爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，通過布置在爐內(nèi)的電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能,借助輻射與對(duì)流的傳熱方式加熱工件。通?？捎靡韵履Ｐ投ㄐ悦枋?
式中 X——電爐內(nèi)溫升（指爐內(nèi)溫度與室溫溫差)
K——放大系數(shù)
t——加熱時(shí)間
T——時(shí)間系數(shù)
V——控制電壓
τ0——純滯后時(shí)間
但在實(shí)際熱力過程中，由于被加熱金屬的導(dǎo)熱率、裝入量以及加熱溫度等因素的不同，直接影響著 K 、T 、τ0等參數(shù)的變化，因此電爐本身具有很大的不確定性。
溫度控制在熱處理工藝過程中,是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)?？刂凭戎苯佑绊懼a(chǎn)品質(zhì)量的好壞。根據(jù)不同的目的，將材料及其制件加熱到適宜的溫度。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電爐隨著負(fù)荷變化或干擾因素的影響，其對(duì)象特性或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。電爐溫控具有升溫單向性、大時(shí)滯和時(shí)變的特點(diǎn)，如升溫靠電阻絲加熱，降溫依靠自然冷卻，溫度超調(diào)后調(diào)整慢，因此用傳統(tǒng)的控制方法難以得到更好的控制效果。另外對(duì)于 PID 控制，若條件稍有變化，則控制參數(shù)也需調(diào)整。自適應(yīng)控制運(yùn)用現(xiàn)代控制理論在線辨識(shí)對(duì)象特征參數(shù)，實(shí)時(shí)改變其控制策略，使控制系統(tǒng)指標(biāo)保持在最佳范圍內(nèi)。但由于操作者經(jīng)驗(yàn)不易精確描述，控制過程中各種信號(hào)量以及評(píng)價(jià)指標(biāo)不易定量表示，而模糊理論正是解決這一問題的有效途徑。
人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件操作用模糊集表示并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息(如評(píng)價(jià)指標(biāo)、初始 PID 參數(shù)等)作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況運(yùn)用模糊推理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì) PID 參數(shù)的最佳調(diào)整。
如圖2—1 為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題——采用軟件PID控制的熱處理器系統(tǒng)的框圖。其工作原理為：熱處理器的有14個(gè)溫度傳感器和14個(gè)控制閥，溫度傳感器與控制閥是一一對(duì)應(yīng)的對(duì)關(guān)，一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)控制閥。來至熱處理器的溫度經(jīng)溫度傳感器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳化為電信號(hào)，再經(jīng)放大器將信號(hào)放大，經(jīng)多路開關(guān)選擇通過，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并送入單片機(jī)進(jìn)行控制處理，單片機(jī)的控制信號(hào)由P0輸出并由8155擴(kuò)展，使其能滿足14路輸出的控制要求，控制信號(hào)控制固態(tài)繼電器的輸出，從而驅(qū)動(dòng)電磁閥開關(guān)，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。
本設(shè)計(jì)控制的是電爐的溫度的系統(tǒng)，在此我們選用了模糊自整定 PID 控制器，以提高控制的精度，靈活性，適應(yīng)性。
模糊自整定 PID 控制應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時(shí)變類似于電爐這樣特點(diǎn)的控制對(duì)象可以獲得很好的控制性能。大量的理論研究和實(shí)踐也充分證明了用模糊自整定 PID 控制電爐溫度是一非常好的解決方法。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、上升時(shí)間快和超調(diào)小的特點(diǎn)，又具有 PID 控制器的動(dòng)態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。因此在溫度控制器設(shè)計(jì)中，采用 PID 參數(shù)模糊自整定復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)的在線自調(diào)整功能，可以進(jìn)一步完善 PID 控制的自適應(yīng)性能，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。
模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的e和ec對(duì)參數(shù)自整定的要求。它將模糊控制和 PID 控制器兩者結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有 PID 控制無靜差、穩(wěn)定性好、精度高的特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果。如圖。
模糊自整定 PID 控制是在一般 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，利用模糊控制規(guī)則在線對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行修改的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它以誤差e和誤差變化ec作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的e和ec對(duì)參數(shù)自整定的要求。它將模糊控制和 PID 控制器兩者結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有 PID 控制精度高的特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)具有良好的控制效果。
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