温度控制系统的設計-耗子的课程设计

简介：
本课程设计由耗子完成，专注于温度控制系统的设计与实现。通过综合运用电子、机械及软件技术，构建了一个高效稳定的温控方案，适用于多种应用场景。 【温度控制系统设计】是自动化领域常见的课题，在教学中常常作为课程项目出现。该项目主要关注如何设计一个能够精确控制电炉温度的系统。电炉采用热阻丝作为加热元件，通过大功率可控硅控制器调节电压来改变电流，从而控制电炉内部的温度。温度传感器用于监测温度，并输出0至5伏特信号与可控硅控制器输入相对应，反映0到300摄氏度范围内的变化情况。系统对象具有积分和惯性的特性，其中惯性时间常数T1为40秒。 【主要任务】包括设计温度控制系统的硬件、制定积分分离PID算法，并编写相关程序。此外，还需要对被控对象进行计算机仿真，研究参数变化对系统性能的影响，例如调整Td（微分时间常数）时超调量的变化情况。撰写详细的设计说明书是必要的内容之一，涵盖设计任务、方案选择、硬件电路图、软件实现方法、调试结果和数据分析等。 【设计方案】中，温度控制系统的硬件设计包括热电偶、温度变送器、AD转换器（如ADC0809）、单片机核心处理器、DA转换器以及功率放大器和晶闸管调压器等组件。热电偶检测的温度信号被转化为电压信号，并经过AD转换器数字化处理，与设定值比较后计算出偏差量。单片机根据PID算法进行处理并生成控制指令，然后通过DA转换器将数字结果转为模拟电压输出给功率放大器驱动晶闸管调压器来改变电阻炉的加热电压，从而实现温度调节功能。 【系统数学模型】基于传递函数建立，简化成一个包含积分环节和惯性环节的二阶系统，并使用PI控制器进行校正。同时考虑AD及DA转换器中的零阶保持器效应以构建整个系统的数学描述。 通过这个课程设计项目，学生能够从硬件搭建到软件编程再到系统分析与优化等方面全面了解温度控制系统的设计流程，加深对自动控制理论及其在实际应用中重要性的理解。