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溫度控制系統(tǒng)范文第1篇

關(guān)鍵詞：溫度控制；PID；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法

PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟,應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果用于控制輸出。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可靈活的改變PID結(jié)構(gòu)，取其中的一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律，如比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例積分微分調(diào)節(jié)等，特別在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，更可以靈活運(yùn)用，以充分發(fā)揮微型機(jī)的作用。PID調(diào)試最困難的部分是參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整，即指系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法。

本文介紹了PID的三個(gè)參數(shù)在實(shí)際控制中的作用如何設(shè)定與調(diào)整，及在實(shí)際中如何應(yīng)用。提出了并實(shí)際驗(yàn)證了系統(tǒng)PID現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法在基于單片機(jī)基于鍵盤設(shè)定的溫度控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)PID控制的可行性。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及功能

本系統(tǒng)采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，數(shù)字控制器的功能由AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。溫度控制系統(tǒng)由DS18B20單總線傳感器構(gòu)成輸入通道，用于采集爐內(nèi)的溫度信號(hào)。其中，熱敏電阻選用器mf12-26型號(hào)，它將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樽柚底兓盘?hào)再經(jīng)電橋變?yōu)?~5v標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，以供A/D轉(zhuǎn)換用。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與與爐溫的給定值數(shù)字化后進(jìn)行比較，即可得到實(shí)際爐溫和給定爐溫的偏差。爐溫的設(shè)定值由鍵盤輸入。由單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器按最小拍進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出所需要的控制量。數(shù)字控制器的輸出經(jīng)標(biāo)度變換后送給由p3.0通過(guò)t0調(diào)制的pwm波送至ssr,從而改變電烤箱單位時(shí)間內(nèi)電壓導(dǎo)通的百分比,從而控制電烤箱加熱功率，起到調(diào)溫的作用。溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖分別如圖1。

1.控制模塊：采用ATMEL公司的AT89C51作為控制器的方案；2.溫度采集模塊：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20；3.開(kāi)關(guān)電路：采用固態(tài)繼電器繼電器；4.鍵盤和顯示模塊：采用獨(dú)立式鍵盤；5.電源模塊：采用過(guò)濾，濾波，穩(wěn)壓等電路實(shí)現(xiàn)。

本溫度控制系統(tǒng)的對(duì)象是電爐，針對(duì)日常生活，要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有軟硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高（即不易出錯(cuò)）等特點(diǎn)。

2PID參數(shù)在實(shí)際控制中的作用及設(shè)定與調(diào)整

（1）比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)，反之積分作用就弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與其他兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。（3）微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化是，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。

參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整是PID最困難的部分，編程時(shí)按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定他們的大概數(shù)值，然后通過(guò)反復(fù)的參數(shù)整定才能找到相對(duì)比較理想的參數(shù)值。面對(duì)不同的控制對(duì)象參數(shù)都不同，所以我們無(wú)法提供參考數(shù)值，但是我們可以根據(jù)這些參數(shù)在整個(gè)PID過(guò)程中的作用原理，來(lái)討論我們的對(duì)策。1加溫很迅速就達(dá)到目標(biāo)值，但是溫度過(guò)沖很大：a）比例系數(shù)太大，致使在未達(dá)到設(shè)定溫度過(guò)沖很大；b）微分系數(shù)過(guò)小，致使對(duì)對(duì)象反應(yīng)不敏感；2加溫經(jīng)常達(dá)不到目標(biāo)值，小于目標(biāo)值的時(shí)間較多：a）比例系數(shù)過(guò)小，加溫比例不夠；b）積分系數(shù)過(guò)小，對(duì)恒偏差補(bǔ)償不足；3基本上能控制在目標(biāo)上，但上下偏差較大，經(jīng)常波動(dòng)：a）微分系數(shù)過(guò)小，對(duì)即時(shí)變化反映不夠快，反應(yīng)措施不利；b）積分系數(shù)過(guò)大，使微分反應(yīng)被淹沒(méi)鈍化；c）設(shè)定的基本定時(shí)周期過(guò)短，加熱沒(méi)有來(lái)得及傳到測(cè)溫點(diǎn)；4受工作環(huán)境影響較大，在稍有變化就會(huì)引起溫度的波動(dòng)：a）微分系數(shù)過(guò)小，對(duì)即時(shí)變化反映不夠快，不能及時(shí)反應(yīng)；b）設(shè)定的基本定時(shí)周期過(guò)長(zhǎng)，不能及時(shí)得到修正；選擇一個(gè)合適的時(shí)間常數(shù)很重要，要根據(jù)我們的輸出單元采用什么器件來(lái)確定，如果是采用可控硅的，則可設(shè)定時(shí)間常數(shù)的范圍就很自由，如果采用繼電器的則過(guò)于頻繁的開(kāi)關(guān)會(huì)影響繼電器的使用壽命，所以就不太適合采用較短周期。一般的周期設(shè)定范圍是1－10分鐘較為合適。

3系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法及計(jì)算

系統(tǒng)整定是指選擇調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間Td的具體數(shù)值。系統(tǒng)整定的實(shí)質(zhì)，就是通過(guò)改變控制參數(shù)使調(diào)節(jié)器特性和被控過(guò)程特性配合好，來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，求得最佳的控制效果。系統(tǒng)的良好控制效果一般要求：瞬時(shí)響應(yīng)的衰減率(0.75-0.9)（以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性儲(chǔ)備），盡量減小穩(wěn)態(tài)偏差(余差)、最大偏差和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。

工程上得到廣泛應(yīng)用的PID參數(shù)整定方法通常有：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法、臨界比例度法、衰減曲線法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法等。它直接在過(guò)程控制系統(tǒng)中進(jìn)行，其方法簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)便，而且容易掌握.。在實(shí)際應(yīng)用中，將調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)按先比例、后積分、最后微分的程序置于某些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值后，再作給定位擾動(dòng)，觀察系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線。若曲線還不夠理想，則改變調(diào)節(jié)器的δ、TI、Td值，進(jìn)行反復(fù)湊試，以尋求最佳的整定參數(shù)，直到控制質(zhì)量符合要求為止。

控制器設(shè)計(jì)總體指標(biāo)可以概括為：穩(wěn)、準(zhǔn)、快，均衡調(diào)節(jié)以Kp、Ki、Kd三參數(shù)則可一定程度上滿足上述三個(gè)指標(biāo)的要求。在控制初期，關(guān)鍵要克服各環(huán)節(jié)的滯后，為了避免積分飽和造成較大超調(diào)，Ki應(yīng)選的小一些。在控制中期，系統(tǒng)偏差以減小，但為了不過(guò)分影響穩(wěn)定性，Ki可適當(dāng)增大一些。在調(diào)節(jié)過(guò)程后期，為減小穩(wěn)太誤差，提高控制精度，Ki可選取更大一些。在控制初期，為盡快消除偏差，提高響應(yīng)速度，Kp應(yīng)該取大一些；在控制過(guò)程中期，為了防止超調(diào)過(guò)大造成震蕩，Kp要減小些；在控制過(guò)程后期，則要克服超調(diào)，使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，Kp值要再減小一些。純大滯后系統(tǒng)在控制中，容易產(chǎn)生超調(diào)，使系統(tǒng)失穩(wěn)。其主要原因是：其時(shí)滯階段對(duì)誤差的積分太大。因此，為了改善純大滯后系統(tǒng)的相應(yīng)特性，對(duì)積分因子提出了新的要求。

本次測(cè)試溫度定值，選用PID參數(shù)整定方法中的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法是通過(guò)仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，觀察系統(tǒng)對(duì)典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PID參數(shù)。PID控制器各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響是；增大開(kāi)環(huán)比例系數(shù)Kp，一般將加快系統(tǒng)的影響速度，在有靜差的情況下則有利于減小靜差；但過(guò)大的比例系數(shù)又會(huì)加大系統(tǒng)超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法時(shí)，實(shí)行先比例、后積分、再微分的反復(fù)調(diào)整。積分時(shí)間和比例時(shí)間成反比，積分系數(shù)大，即積分時(shí)間短，導(dǎo)致超調(diào)過(guò)大。微分系數(shù)和微分時(shí)間成正比，微分系數(shù)過(guò)大，即微分時(shí)間過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖2。其中PID數(shù)字控制器是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，用它對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量調(diào)試

1.測(cè)試儀器：秒表、溫度計(jì)2.測(cè)試方法：由于系統(tǒng)具有溫度調(diào)節(jié)和控制的作用，通過(guò)設(shè)定欲達(dá)到的溫度數(shù)值，然后對(duì)比設(shè)定值和實(shí)際測(cè)量值，測(cè)量出系統(tǒng)的最大超調(diào)量測(cè)量達(dá)到設(shè)定值所需要的時(shí)間（t）以及最終達(dá)到終值±0.2℃所需的時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）；分析系統(tǒng)響應(yīng)誤差，繪制出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線；完成響應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄。3.測(cè)試數(shù)據(jù)記錄：（1）測(cè)試傳感器DP18B20的，其測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。(2)達(dá)到設(shè)定值時(shí)間的測(cè)試（系統(tǒng)的初始溫度為30℃，設(shè)定值為53℃）；通過(guò)5次觀察測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定所需要的時(shí)間如表2所示。(3)系統(tǒng)最大超調(diào)量的測(cè)試。通過(guò)5次觀察測(cè)試系統(tǒng)的最大超調(diào)量數(shù)據(jù)如表3所示。(4)觀察系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差帶通過(guò)表1測(cè)量所得數(shù)據(jù)顯示值與測(cè)量值比較可以看出傳感起的誤差基本上在±0.1之間，由于所采用的溫度計(jì)的最小刻度值為2℃，所以用溫度計(jì)所測(cè)量的數(shù)值存在較大誤差。表2中所測(cè)量的數(shù)值可以看出系統(tǒng)達(dá)到所設(shè)定溫度所需的時(shí)間約為135.2s（5次測(cè)量所的平均時(shí)間）。分析表3中數(shù)據(jù)可以看出系統(tǒng)的最大超調(diào)量約為0.3℃，由于所用的無(wú)觸點(diǎn)固態(tài)繼電器在較高的工作頻率作用下不會(huì)像有觸電的繼電

器會(huì)有誤操作動(dòng)作。經(jīng)過(guò)多次觀察得出本系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為：0.2℃（約為：0.37%）。

6結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)AT89C51單片機(jī)，運(yùn)用數(shù)字PID算法，實(shí)現(xiàn)了爐溫的設(shè)定、采集與控制，并且通過(guò)鍵盤可以改變PID控制算法的參數(shù)，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的最初要求。由于在實(shí)際系統(tǒng)中各方面因素的干擾，往往同一PID參數(shù)不能適應(yīng)各種要求，故設(shè)計(jì)專門添加了鍵盤可以改變參數(shù)的功能，為系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)了很大的方便。該系統(tǒng)具有很好的通用性，只要將硬件和軟件稍加變動(dòng)就可控制其他象水位、濕度、轉(zhuǎn)速等工業(yè)參數(shù)。如加適當(dāng)?shù)碾娐废到y(tǒng)便可具有溫度上下限報(bào)警功能等。

參考文獻(xiàn)

［1］吳金戌,沈慶陽(yáng),郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社,2000,8.260-265.

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［3］潘新民,王燕芳編著.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社,2001.

［4］何立民編著.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2000.

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溫度控制系統(tǒng)范文第2篇

關(guān)鍵詞 模糊控制；MATLAB；PID

中圖分類號(hào)TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）88-0203-02

0 引言

溫度控制系統(tǒng)是以溫度為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有很多地方需要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行溫度控制，使溫度高精度地保持在給定的數(shù)值，如冶煉、紡織、食品、化工、醫(yī)藥電子等場(chǎng)合均對(duì)溫度提出了相當(dāng)高的要求。

1 模糊控制器的設(shè)計(jì)

1.1 模糊控制的基本原理

模糊控制系統(tǒng)，它的核心部分為模糊控制器。通常模糊控制器包括4個(gè)部分：1）模糊化接口；2）知識(shí)庫(kù)；3）推理機(jī)；4）精確化。

1.2 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì)

1.2.1模糊控制器輸入輸出變量的確定

2 模糊控制在溫度控制系統(tǒng)中的仿真

2.1 模糊控制器的仿真

3結(jié)論

模糊控制器克服了單純的PID控制器超調(diào)量大，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)；模糊控制器具有超調(diào)量小，過(guò)渡時(shí)間短，控制穩(wěn)定時(shí)控制精度高，僅存在很小穩(wěn)態(tài)偏差以及很小范圍的振蕩。

從目前模糊控制及其參數(shù)整定的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，以下方面是今后需進(jìn)一步研究和實(shí)踐的重點(diǎn)：

1）在模糊規(guī)則調(diào)整方面，在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，應(yīng)該總結(jié)出系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法，到目前為止還未有成熟的模糊規(guī)則可以借鑒。

2）智能控制器有待于進(jìn)一步研究，將自適應(yīng)、自整定和增益計(jì)劃設(shè)定有機(jī)結(jié)合，使其具有自動(dòng)診斷功能；結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、直覺(jué)推理邏輯等專家系統(tǒng)思想方法對(duì)原有PID控制器設(shè)計(jì)思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)；以及從生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)滿足實(shí)際過(guò)程要求的控制方案，將預(yù)測(cè)控制、模糊控制、優(yōu)化控制和PID控制相結(jié)合，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的性能，是智能模糊控制發(fā)展極其有前途的方向。

參考文獻(xiàn)

溫度控制系統(tǒng)范文第3篇

[關(guān)鍵詞]智能 溫度 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）04-0128-01

一、引言

智能溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是圍繞低成本，模塊化，可擴(kuò)展以及壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)展開(kāi)的，在硬件選擇方面，選擇性價(jià)比高的STCl2C5410AD單片機(jī)，LM358型放大器，LED顯示器，采用低壓差線性電壓穩(wěn)壓器，較高內(nèi)阻的毫Υ感器；在軟件方面，采用了功能模塊化，為以后的升級(jí)或者擴(kuò)展做準(zhǔn)備，同時(shí)采用間歇式的工作模式，非采樣期間只有顯示器，穩(wěn)壓器等處于活動(dòng)狀態(tài)；在保證性能要求的情況下縮短A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間等一系列措施，有效的提高了器件壽命.為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，在滿足性能要求的前提下，選擇低成本元器件，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；采用多點(diǎn)校準(zhǔn)技術(shù)和線性插值方法，降低了對(duì)傳感器的線性的要求，擴(kuò)大了可選傳感器的范圍，提高了產(chǎn)品的通用性和可擴(kuò)展性，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀。國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開(kāi)發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。990年代中期，智能溫控儀問(wèn)世，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫控器系列產(chǎn)品。智能溫控器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器和接口電路。有的產(chǎn)品還有多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫度測(cè)控技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。

2、國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。我國(guó)對(duì)于溫度測(cè)控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。我國(guó)溫度測(cè)控設(shè)施計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無(wú)真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距。我國(guó)溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然有許多問(wèn)題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。

總的來(lái)說(shuō)，溫控器被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。近百年來(lái)，溫控器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：1.模擬溫度控制器；2.集成溫度控制器；3.能溫度控制器，目前，國(guó)際上新型溫控器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

三、智能溫度控制法的研究

1971年，著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授最早公開(kāi)指出了一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，并提出了相應(yīng)的概念，這就是智能控制系統(tǒng)（Intelligent Control Systems）。

1985年8月，IEEE在美國(guó)紐約召開(kāi)了第一界智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，智能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這一提法成為這次會(huì)議的主要議題。這次會(huì)議決定，在IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)下設(shè)立一個(gè)IEEE智能控制專業(yè)委員會(huì)。這標(biāo)志著智能控制這一新興學(xué)科研究領(lǐng)域的正式誕生。智能控制作為一門獨(dú)立的學(xué)科，已正式在國(guó)際上建立起來(lái)。在過(guò)去的20多年里，智能控制理論發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了大量新穎的控制理論。

溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類：動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場(chǎng)合需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如在發(fā)酵過(guò)程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等；恒值溫度控制的目的是使被控對(duì)象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度（即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過(guò)某允許值。

智能控制系統(tǒng)是某些具有仿人智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)，它與人工智能的發(fā)展緊密聯(lián)系。智能控制是一門新興的交叉前沿學(xué)科，它具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。智能可定義為：能有效的獲取、傳遞、處理、再生和利用信息，從而在任意給定的環(huán)境下成功的達(dá)到目的的能力。人工智能是應(yīng)用除了數(shù)學(xué)式子以外的方法把人們的思維過(guò)程模型化，并利用計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人的智能的學(xué)科。它的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比控制理論廣泛，如包括判斷、理解、推理、預(yù)測(cè)、識(shí)別、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和問(wèn)題求解等，是高度腦力行為和體力行為的綜合。智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)將智能控制與PID控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以更好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)PID算法的溫度控制儀表。

目前國(guó)內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對(duì)國(guó)外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別.主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國(guó)內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對(duì)不同的溫控對(duì)象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。

四、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，溫度的控制在理論上發(fā)展比較成熟，但在實(shí)際測(cè)量和控制中，如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對(duì)所測(cè)溫度場(chǎng)進(jìn)行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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溫度控制系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：溫度控制；可編程控制器；人機(jī)界面；組態(tài)王

中圖分類號(hào)：V23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 概述

溫度控制在電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)溫度控制的要求也越來(lái)越趨向于智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整控制等方向發(fā)展。

可編程控制器是一種應(yīng)用很廣泛的自動(dòng)控制裝置，PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制。具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，尤其適合溫度控制的要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模型建立

本論文通過(guò)德國(guó)西門子公司的S7-200系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過(guò)固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子溫度的控制。同時(shí)利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)界面（HMI），通過(guò)串行口與可編程控制器通信，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便?？傮w上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計(jì)、軟件編程、參數(shù)整定等。

控制器的設(shè)計(jì)是基于模型控制設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。

本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器（電熱偶）將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)溫度模塊后，與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法進(jìn)行修正，返回對(duì)應(yīng)工況下的固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)電熱絲的有效加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子的溫度控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選用PLC CPU226為控制器，K型熱電偶將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過(guò)固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子溫度的控制。PLC和HMI相連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)硬件框架圖如圖2所示。

4 程序設(shè)計(jì)

PLC運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊繼電器SM0.0產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始溫度采樣，采樣周期為10秒；K型熱電偶傳感器把所測(cè)量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換（0-41毫伏）；模擬量輸入通道AIW0通過(guò)讀入0-41毫伏的模擬電壓量送入PLC；經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后得出實(shí)際測(cè)量的溫度T，將T和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

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溫度控制系統(tǒng)范文第5篇

關(guān)鍵詞：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 溫度控制 SOPC 模糊自整定PID

一、軟件系統(tǒng)工作原理

PCR儀中，最重要的部分是對(duì)反應(yīng)溫度的控制。PCR儀系統(tǒng)根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的參數(shù)來(lái)控制變溫系統(tǒng)的反應(yīng)溫度。系統(tǒng)首先采集變溫系統(tǒng)的當(dāng)前溫度，將當(dāng)前溫度和用戶設(shè)定的變性溫度進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)控制控制器的運(yùn)算得到一個(gè)輸出，將此輸出加到被控對(duì)象上，使其溫度上升至變性溫度，達(dá)到變性溫度后，根據(jù)輸入的變性溫度持續(xù)時(shí)間，控制變溫系統(tǒng)溫度持續(xù)時(shí)間。當(dāng)此時(shí)間到達(dá)之后，進(jìn)入下個(gè)反應(yīng)的溫度控制即退火溫度的控制。執(zhí)行完退火階段溫度控制后進(jìn)入延伸階段的溫度控制。當(dāng)執(zhí)行完三個(gè)反應(yīng)的溫度控制后，一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。系統(tǒng)不斷的重復(fù)控制三個(gè)溫區(qū)的溫度，當(dāng)達(dá)到用戶給定的循環(huán)次數(shù)后，反應(yīng)結(jié)束。

二、主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，采用將各個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的部分編寫成子函數(shù)。主程序從main（）函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行，進(jìn)入主程序，首先執(zhí)行系統(tǒng)初始化，調(diào)用InitSystem（）函數(shù)。InitSystem（）函數(shù)完成初始化LCD12864、PID、PWM、紅外接收工作。系統(tǒng)初始化完畢后，調(diào)用UserP araSet（），此函數(shù)設(shè)置PCR溫控系統(tǒng)的三溫區(qū)初始溫度值、循環(huán)時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)。溫控階段首先控制系統(tǒng)溫度為變性溫度，當(dāng)變性溫度持續(xù)時(shí)間達(dá)到用戶設(shè)置的時(shí)間值時(shí)，程序跳出變性階段控溫，進(jìn)入到退火階段溫度控制。當(dāng)達(dá)到持續(xù)時(shí)間值時(shí)，進(jìn)入到延伸階段的溫度控制。當(dāng)三個(gè)階段結(jié)束后，一個(gè)循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入到下一個(gè)循環(huán)，當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)置的循環(huán)次數(shù)時(shí)，主程序結(jié)束，系統(tǒng)停止工作。主程序中控制三個(gè)溫區(qū)的程序設(shè)計(jì)只需編寫一個(gè)公共函數(shù)SetSysTemp（float T）函數(shù)即可，分別將三個(gè)溫度值作為參數(shù)傳遞給此函數(shù)，即可控制系統(tǒng)分別達(dá)到用戶設(shè)置的三點(diǎn)溫度值。其中要對(duì)三個(gè)不同的溫區(qū)進(jìn)行溫度控制。

進(jìn)入到單溫區(qū)溫度控制時(shí)，調(diào)用GetTemp（）函數(shù)，并將溫度值傳遞給LCD畫圖函數(shù)，顯示溫度曲線。GetTemp（）函數(shù)的溫度值來(lái)源于A/D轉(zhuǎn)換模塊的溫度值，之后將當(dāng)前溫度值傳遞給PID模塊進(jìn)行PID溫控算法運(yùn)算，得到一個(gè)控制PWM波輸出占空比的值yout。這樣可使PCR系統(tǒng)達(dá)到用戶設(shè)置溫度值。

三、模糊自整定PID算法的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)溫度控制分為模糊PID控制區(qū)和直接控制區(qū)，控制溫度接近目標(biāo)溫度達(dá)到一定誤差限度時(shí)，啟動(dòng)模糊PID控制算法，使溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度附近。而變溫階段則采用直接控制算法，過(guò)冷則全功率加熱，過(guò)熱則全功率制冷。

模糊控制系統(tǒng)采用而輸入三輸出模糊控制器，輸入為誤差（e）和溫度變化（ec）,輸出為三個(gè)PID作用系數(shù)（kp、ki、kd）。

三個(gè)PID作用系數(shù)模糊輸出也劃分為4個(gè)模糊狀態(tài)，分別為0（零）、S（?。?、M（中）、B（大）。

模糊推理決策采用雙輸入單輸出的方式，控制規(guī)則由下列推理語(yǔ)言構(gòu)成：

If A and B then C

遵循上式，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)可以總結(jié)出模糊控制器的初步控制規(guī)則，得到針對(duì)kp、ki、kd三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表。

四、PWM輸出模塊

要想操作PWM核，首先得調(diào)用altera_avalon_pwm_init（）函數(shù)初始化PWM核，此函數(shù)包括PWM核的物理地址address、分頻時(shí)鐘clock_divider、占空比duty_cycle三個(gè)參數(shù)。程序中調(diào)用PWM初始化程序?qū)ι鲜鋈齻€(gè)參數(shù)進(jìn)行賦值。初始化成功后，需再調(diào)用altera_avalon_pwm_enable（）函數(shù)使能PWM核。這樣PWM核就可以工作了。在主程序中，PWM核只需初始化一次，之后便可直接調(diào)用altera_avalon_pwm_change_duty_cycl e（）函數(shù)改變PWM波輸出占空比，而不需每次都初始化。當(dāng)不再需要輸出PWM波時(shí)，可調(diào)用altera_avalon_pwm_disable（）函數(shù)禁止PWM核。

五、A/D轉(zhuǎn)換模塊

AD7705包括六個(gè)可供用戶訪問(wèn)的片內(nèi)寄存器。在與任意寄存器通訊前，都要向通信寄存器寫入。流程圖顯示了兩種不同的讀方式，一個(gè)是查詢 引腳以確定數(shù)據(jù)寄存器更新時(shí)何時(shí)進(jìn)行的，第二個(gè)是查詢通信寄存器中的

位以確定數(shù)據(jù)寄存器是否進(jìn)行更新過(guò)。流程圖還包括設(shè)置一些必要的命令字。其中需要注意的是在操作一個(gè)寄存器前，需前先寫通信寄存器，并在命令字中設(shè)置下一個(gè)要訪問(wèn)的寄存器。然后再對(duì)要訪問(wèn)的寄存器進(jìn)行操作。

六、紅外遙控輸入模塊

紅外遙控輸入模塊程序設(shè)計(jì)上主要任務(wù)是對(duì)紅外接收頭上的電平進(jìn)行解碼，判別是哪個(gè)按鍵按下，進(jìn)而判定用戶的輸入。本設(shè)計(jì)采用按鍵碼和按鍵反碼進(jìn)行相加的方式進(jìn)行校驗(yàn)，如果和為0xff，則可判定為正確的鍵碼。

七、液晶顯示模塊

本設(shè)計(jì)采用128×64液晶。液晶主要用來(lái)輸出人機(jī)交互界面，提示用戶輸入信息，并將PCR溫度以曲線的形式顯示出來(lái)。

八、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了PCR溫控系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序的設(shè)計(jì)和子模塊程序設(shè)計(jì)兩大部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，編寫完各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序后，對(duì)其以函數(shù)的形式封裝好，然后再編寫測(cè)試程序?qū)ζ溥M(jìn)行逐個(gè)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定及邏輯的正確性，滿足PCR實(shí)驗(yàn)要求。

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