前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇溫度控制系統(tǒng)范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

溫度控制系統(tǒng)范文第1篇

關鍵詞：溫度控制；PID；現(xiàn)場實驗整定法

PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術最成熟,應用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)的實質就是根據(jù)輸入的偏差值按比例、積分、微分的函數(shù)關系進行運算。運算結果用于控制輸出。

在實際應用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可靈活的改變PID結構，取其中的一部分環(huán)節(jié)構成控制規(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，特別在計算機控制系統(tǒng)中，更可以靈活運用，以充分發(fā)揮微型機的作用。PID調(diào)試最困難的部分是參數(shù)的設定與調(diào)整，即指系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法。

本文介紹了PID的三個參數(shù)在實際控制中的作用如何設定與調(diào)整，及在實際中如何應用。提出了并實際驗證了系統(tǒng)PID現(xiàn)場實驗整定法在基于單片機基于鍵盤設定的溫度控制系統(tǒng)中實現(xiàn)PID控制的可行性。

1系統(tǒng)設計原理及功能

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單片機實現(xiàn)。溫度控制系統(tǒng)由DS18B20單總線傳感器構成輸入通道，用于采集爐內(nèi)的溫度信號。其中，熱敏電阻選用器mf12-26型號，它將溫度信號轉變?yōu)樽柚底兓盘栐俳?jīng)電橋變?yōu)?~5v標準電壓信號，以供A/D轉換用。轉換后的數(shù)字量與與爐溫的給定值數(shù)字化后進行比較，即可得到實際爐溫和給定爐溫的偏差。爐溫的設定值由鍵盤輸入。由單片機構成的數(shù)字控制器按最小拍進行計算，計算出所需要的控制量。數(shù)字控制器的輸出經(jīng)標度變換后送給由p3.0通過t0調(diào)制的pwm波送至ssr,從而改變電烤箱單位時間內(nèi)電壓導通的百分比,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)的硬件設計圖分別如圖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.開關電路：采用固態(tài)繼電器繼電器；4.鍵盤和顯示模塊：采用獨立式鍵盤；5.電源模塊：采用過濾，濾波，穩(wěn)壓等電路實現(xiàn)。

本溫度控制系統(tǒng)的對象是電爐，針對日常生活，要求所設計的系統(tǒng)具有軟硬件結構簡單、成本低廉、可靠性高（即不易出錯）等特點。

2PID參數(shù)在實際控制中的作用及設定與調(diào)整

（1）比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應系統(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，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強，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，動態(tài)響應變慢。積分作用常與其他兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結合，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)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，在微分時間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當輸入沒有變化是，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結合，組成PD或PID控制器。

參數(shù)的設定與調(diào)整是PID最困難的部分，編程時按經(jīng)驗值設定他們的大概數(shù)值，然后通過反復的參數(shù)整定才能找到相對比較理想的參數(shù)值。面對不同的控制對象參數(shù)都不同，所以我們無法提供參考數(shù)值，但是我們可以根據(jù)這些參數(shù)在整個PID過程中的作用原理，來討論我們的對策。1加溫很迅速就達到目標值，但是溫度過沖很大：a）比例系數(shù)太大，致使在未達到設定溫度過沖很大；b）微分系數(shù)過小，致使對對象反應不敏感；2加溫經(jīng)常達不到目標值，小于目標值的時間較多：a）比例系數(shù)過小，加溫比例不夠；b）積分系數(shù)過小，對恒偏差補償不足；3基本上能控制在目標上，但上下偏差較大，經(jīng)常波動：a）微分系數(shù)過小，對即時變化反映不夠快，反應措施不利；b）積分系數(shù)過大，使微分反應被淹沒鈍化；c）設定的基本定時周期過短，加熱沒有來得及傳到測溫點；4受工作環(huán)境影響較大，在稍有變化就會引起溫度的波動：a）微分系數(shù)過小，對即時變化反映不夠快，不能及時反應；b）設定的基本定時周期過長，不能及時得到修正；選擇一個合適的時間常數(shù)很重要，要根據(jù)我們的輸出單元采用什么器件來確定，如果是采用可控硅的，則可設定時間常數(shù)的范圍就很自由，如果采用繼電器的則過于頻繁的開關會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)整定方法及計算

系統(tǒng)整定是指選擇調(diào)節(jié)器的比例度、積分時間TI和微分時間Td的具體數(shù)值。系統(tǒng)整定的實質，就是通過改變控制參數(shù)使調(diào)節(jié)器特性和被控過程特性配合好，來改善系統(tǒng)的動態(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：瞬時響應的衰減率(0.75-0.9)（以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性儲備），盡量減小穩(wěn)態(tài)偏差(余差)、最大偏差和過渡過程時間。

工程上得到廣泛應用的PID參數(shù)整定方法通常有：動態(tài)特性參數(shù)法、臨界比例度法、衰減曲線法、現(xiàn)場實驗整定法等。它直接在過程控制系統(tǒng)中進行，其方法簡單，計算簡便，而且容易掌握.。在實際應用中，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)驗數(shù)值后，再作給定位擾動，觀察系統(tǒng)過渡過程曲線。若曲線還不夠理想，則改變調(diào)節(jié)器的δ、TI、Td值，進行反復湊試，以尋求最佳的整定參數(shù)，直到控制質量符合要求為止。

控制器設計總體指標可以概括為：穩(wěn)、準、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指標的要求。在控制初期，關鍵要克服各環(huán)節(jié)的滯后，為了避免積分飽和造成較大超調(diào)，Ki應選的小一些。在控制中期，系統(tǒng)偏差以減小，但為了不過分影響穩(wěn)定性，Ki可適當增大一些。在調(diào)節(jié)過程后期，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，提高響應速度，Kp應該取大一些；在控制過程中期，為了防止超調(diào)過大造成震蕩，Kp要減小些；在控制過程后期，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：其時滯階段對誤差的積分太大。因此，為了改善純大滯后系統(tǒng)的相應特性，對積分因子提出了新的要求。

本次測試溫度定值，選用PID參數(shù)整定方法中的現(xiàn)場實驗整定法。現(xiàn)場實驗整定法是通過仿真或實際運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響，反復調(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)對系統(tǒng)的影響是；增大開環(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；但過大的比例系數(shù)又會加大系統(tǒng)超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。在現(xiàn)場實驗整定法時，實行先比例、后積分、再微分的反復調(diào)整。積分時間和比例時間成反比，積分系數(shù)大，即積分時間短，導致超調(diào)過大。微分系數(shù)和微分時間成正比，微分系數(shù)過大，即微分時間過大，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4系統(tǒng)軟件設計

軟件設計主程序流程圖2。其中PID數(shù)字控制器是本系統(tǒng)設計的核心，用它對被測參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)。

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

1.測試儀器：秒表、溫度計2.測試方法：由于系統(tǒng)具有溫度調(diào)節(jié)和控制的作用，通過設定欲達到的溫度數(shù)值，然后對比設定值和實際測量值，測量出系統(tǒng)的最大超調(diào)量測量達到設定值所需要的時間（t）以及最終達到終值±0.2℃所需的時間（調(diào)節(jié)時間）；分析系統(tǒng)響應誤差，繪制出系統(tǒng)的響應曲線；完成響應的數(shù)據(jù)記錄。3.測試數(shù)據(jù)記錄：（1）測試傳感器DP18B20的，其測試數(shù)據(jù)如表1所示。(2)達到設定值時間的測試（系統(tǒng)的初始溫度為30℃，設定值為53℃）；通過5次觀察測試系統(tǒng)達到設定所需要的時間如表2所示。(3)系統(tǒng)最大超調(diào)量的測試。通過5次觀察測試系統(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)誤差帶通過表1測量所得數(shù)據(jù)顯示值與測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的最小刻度值為2℃，所以用溫度計所測量的數(shù)值存在較大誤差。表2中所測量的數(shù)值可以看出系統(tǒng)達到所設定溫度所需的時間約為135.2s（5次測量所的平均時間）。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℃，由于所用的無觸點固態(tài)繼電器在較高的工作頻率作用下不會像有觸電的繼電

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

6結語

本系統(tǒng)通過AT89C51單片機，運用數(shù)字PID算法，實現(xiàn)了爐溫的設定、采集與控制，并且通過鍵盤可以改變PID控制算法的參數(shù)，基本達到了設計的最初要求。由于在實際系統(tǒng)中各方面因素的干擾，往往同一PID參數(shù)不能適應各種要求，故設計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就可控制其他象水位、濕度、轉速等工業(yè)參數(shù)。如加適當?shù)碾娐废到y(tǒng)便可具有溫度上下限報警功能等。

參考文獻

［1］吳金戌,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機實踐與應用［M］.北京：清華大學出版社,2000,8.260-265.

［2］李建忠編著.單片機原理及應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社,2001.

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

［4］何立民編著.單片機應用系統(tǒng)設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社,2000.

［5］韓志軍,沈晉源,王振波編著.單片機應用系統(tǒng)設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社,2005.

溫度控制系統(tǒng)范文第2篇

關鍵詞 模糊控制；MATLAB；PID

中圖分類號TK22 文獻標識碼A 文章編號 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)中的各個領域都有廣泛的應用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對控制對象進行溫度控制，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)藥電子等場合均對溫度提出了相當高的要求。

1 模糊控制器的設計

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個部分：1）模糊化接口；2）知識庫；3）推理機；4）精確化。

1.2 模糊溫度控制器的設計

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結論

模糊控制器克服了單純的PID控制器超調(diào)量大，過渡時間長的缺點；模糊控制器具有超調(diào)量小，過渡時間短，控制穩(wěn)定時控制精度高，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)整定的研究和應用現(xiàn)狀來看，以下方面是今后需進一步研究和實踐的重點：

1）在模糊規(guī)則調(diào)整方面，在設計控制器時，應該總結出系統(tǒng)化設計方法，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一步研究，將自適應、自整定和增益計劃設定有機結合，使其具有自動診斷功能；結合專家經(jīng)驗知識、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng)思想方法對原有PID控制器設計思想及整定方法進行改進；以及從生產(chǎn)過程的實際出發(fā)，設計滿足實際過程要求的控制方案，將預測控制、模糊控制、優(yōu)化控制和PID控制相結合，進一步提高控制系統(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

溫度控制系統(tǒng)范文第3篇

[關鍵詞]智能 溫度 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TV544 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）04-0128-01

一、引言

智能溫度控制系統(tǒng)的總體設計是圍繞低成本，模塊化，可擴展以及壽命長的特點展開的，在硬件選擇方面，選擇性價比高的STCl2C5410AD單片機，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，為以后的升級或者擴展做準備，同時采用間歇式的工作模式，非采樣期間只有顯示器，穩(wěn)壓器等處于活動狀態(tài)；在保證性能要求的情況下縮短A/D轉換的時間等一系列措施，有效的提高了器件壽命.為了降低整個系統(tǒng)的成本，在滿足性能要求的前提下，選擇低成本元器件，簡化系統(tǒng)設計；采用多點校準技術和線性插值方法，降低了對傳感器的線性的要求，擴大了可選傳感器的范圍，提高了產(chǎn)品的通用性和可擴展性，提高了產(chǎn)品的競爭力。

二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、國外發(fā)展現(xiàn)狀。國外對溫度控制技術研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(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，智能溫控儀問世，它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術的結晶。目前，國際上已開發(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轉換器、信號處理器和接口電路。有的產(chǎn)品還有多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。現(xiàn)在世界各國的溫度測控技術發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。

2、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。我國對于溫度測控技術的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術的基礎上，才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術，該技術僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設施計算機應用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向實用化、綜合性應用階段過渡和發(fā)展。在技術上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，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。

總的來說，溫控器被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，數(shù)量日漸上升。近百年來，溫控器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：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家傅京孫教授最早公開指出了一個嶄新的研究領域，并提出了相應的概念，這就是智能控制系統(tǒng)（Intelligent Control Systems）。

1985年8月，IEEE在美國紐約召開了第一界智能控制學術討論會，智能控制原理和智能控制系統(tǒng)結構這一提法成為這次會議的主要議題。這次會議決定，在IEEE控制系統(tǒng)學會下設立一個IEEE智能控制專業(yè)委員會。這標志著智能控制這一新興學科研究領域的正式誕生。智能控制作為一門獨立的學科，已正式在國際上建立起來。在過去的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。

溫度控制技術按照控制目標的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標是使被控對象的溫度值按預先設定好的曲線進行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場合需要實現(xiàn)這一控制目標，如在發(fā)酵過程控制，化工生產(chǎn)中的化學反應溫度控制，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象的溫度恒定在某一給定數(shù)值上，且要求其波動幅度（即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過某允許值。

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科，它具有非常廣泛的應用領域。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)境下成功的達到目的的能力。人工智能是應用除了數(shù)學式子以外的方法把人們的思維過程模型化，并利用計算機來模仿人的智能的學科。它的應用范圍遠比控制理論廣泛，如包括判斷、理解、推理、預測、識別、規(guī)劃、決策、學習和問題求解等，是高度腦力行為和體力行為的綜合。智能控制就是應用人工智能的理論與技術和運籌學的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術相結將智能控制與PID控制相結合，實現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡和模糊數(shù)學為理論基礎，并適當加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化。其中應用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術中得到了極為廣泛的應用。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)驗來改善控制性能，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而研制的具有自適應PID算法的溫度控制儀表。

目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國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)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低，自適應性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的溫控對象，由于控制算法的不足而導致控制精度不穩(wěn)定等。

四、結語

近年來，溫度的控制在理論上發(fā)展比較成熟，但在實際測量和控制中，如何保證快速實時地對溫度進行采樣，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，并能對所測溫度場進行較精確的控制，仍然是目前需要解決的問題。

參考文獻

[1] 王永驥，王金城，王敏.自動控制原理[M].二版.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2] 易繼鍇，侯媛彬.智能控制技術[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，2010.

溫度控制系統(tǒng)范文第4篇

關鍵詞：溫度控制；可編程控制器；人機界面；組態(tài)王

中圖分類號：V23 文獻標識碼：B

1 概述

溫度控制在電子、冶金、機械等工業(yè)領域應用非常廣泛。特別是隨著計算機技術的發(fā)展，對溫度控制的要求也越來越趨向于智能化、自適應、參數(shù)自整控制等方向發(fā)展。

可編程控制器是一種應用很廣泛的自動控制裝置，PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴展輸入輸出模塊，特別是可以擴展一些智能控制模塊，構成不同的控制系統(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、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來越重要的作用，尤其適合溫度控制的要求。

2 系統(tǒng)設計及模型建立

本論文通過德國西門子公司的S7-200系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測到的實際爐溫轉化為電壓信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉換成數(shù)字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。同時利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設計一個人機界面（HMI），通過串行口與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便?？傮w上包括的技術路線：硬件設計、軟件編程、參數(shù)整定等。

控制器的設計是基于模型控制設計過程中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對象的數(shù)學模型和它的各特性以及設計要求，確定控制器的結構以及和受控對象的連接方式。然后根據(jù)所要求的性能指標確定控制器的參數(shù)值。

本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器（電熱偶）將檢測到的溫度信號轉換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后，與設定溫度值進行比較，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法進行修正，返回對應工況下的固態(tài)繼電器導通時間，調(diào)節(jié)電熱絲的有效加熱功率，從而實現(xiàn)對爐子的溫度控制?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖1所示。

3 硬件設計

系統(tǒng)選用PLC CPU226為控制器，K型熱電偶將檢測到的實際爐溫轉化為電壓信號，經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊轉換成數(shù)字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。PLC和HMI相連接，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。整個系統(tǒng)硬件框架圖如圖2所示。

4 程序設計

PLC運行時，通過特殊繼電器SM0.0產(chǎn)生初始化脈沖進行初始化，將溫度設定值，PID參數(shù)值等，存入有關的數(shù)據(jù)寄存器，使定時器復位；按啟動按鈕，系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期為10秒；K型熱電偶傳感器把所測量的溫度進行標準量轉換（0-41毫伏）；模擬量輸入通道AIW0通過讀入0-41毫伏的模擬電壓量送入PLC；經(jīng)過程序計算后得出實際測量的溫度T，將T和溫度設定值比較，根據(jù)偏差計算調(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

[1]努爾哈孜·朱瑪力.可編程序控制器在電爐溫度控制系統(tǒng)中應用的研究[J].新疆大學學報，2006，13（2）：267-268.

[2]黃柱深，黃超麟.基于PLC的高精度溫度控制系統(tǒng)[J].機電工程技術，2006，10（2）：123-125.

[3]Chotai A，Young P·C. Self-adaptive design of a nonlinear temperature control system[J].IEE Proceedings of Control Theory and Applications， 2002，1（138）：41-49.

溫度控制系統(tǒng)范文第5篇

關鍵詞：聚合酶鏈式反應 溫度控制 SOPC 模糊自整定PID

一、軟件系統(tǒng)工作原理

PCR儀中，最重要的部分是對反應溫度的控制。PCR儀系統(tǒng)根據(jù)用戶預先設定的參數(shù)來控制變溫系統(tǒng)的反應溫度。系統(tǒng)首先采集變溫系統(tǒng)的當前溫度，將當前溫度和用戶設定的變性溫度進行對比，通過控制控制器的運算得到一個輸出，將此輸出加到被控對象上，使其溫度上升至變性溫度，達到變性溫度后，根據(jù)輸入的變性溫度持續(xù)時間，控制變溫系統(tǒng)溫度持續(xù)時間。當此時間到達之后，進入下個反應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入延伸階段的溫度控制。當執(zhí)行完三個反應的溫度控制后，一個循環(huán)周期結束，進入下一個循環(huán)周期。系統(tǒng)不斷的重復控制三個溫區(qū)的溫度，當達到用戶給定的循環(huán)次數(shù)后，反應結束。

二、主程序設計

系統(tǒng)軟件設計中，采用將各個功能相對獨立的部分編寫成子函數(shù)。主程序從main（）函數(shù)開始運行，進入主程序，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)設置PCR溫控系統(tǒng)的三溫區(qū)初始溫度值、循環(huán)時間、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，當變性溫度持續(xù)時間達到用戶設置的時間值時，程序跳出變性階段控溫，進入到退火階段溫度控制。當達到持續(xù)時間值時，進入到延伸階段的溫度控制。當三個階段結束后，一個循環(huán)結束，進入到下一個循環(huán)，當達到用戶設置的循環(huán)次數(shù)時，主程序結束，系統(tǒng)停止工作。主程序中控制三個溫區(qū)的程序設計只需編寫一個公共函數(shù)SetSysTemp（float T）函數(shù)即可，分別將三個溫度值作為參數(shù)傳遞給此函數(shù)，即可控制系統(tǒng)分別達到用戶設置的三點溫度值。其中要對三個不同的溫區(qū)進行溫度控制。

進入到單溫區(qū)溫度控制時，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)的溫度值來源于A/D轉換模塊的溫度值，之后將當前溫度值傳遞給PID模塊進行PID溫控算法運算，得到一個控制PWM波輸出占空比的值yout。這樣可使PCR系統(tǒng)達到用戶設置溫度值。

三、模糊自整定PID算法的設計

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

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PID作用系數(shù)（kp、ki、kd）。

三個PID作用系數(shù)模糊輸出也劃分為4個模糊狀態(tài)，分別為0（零）、S（小）、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)則由下列推理語言構成：

If A and B then C

遵循上式，通過經(jīng)驗可以總結出模糊控制器的初步控制規(guī)則，得到針對kp、ki、kd三個參數(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、分頻時鐘clock_divider、占空比duty_cycle三個參數(shù)。程序中調(diào)用PWM初始化程序對上述三個參數(shù)進行賦值。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。當不再需要輸出PWM波時，可調(diào)用altera_avalon_pwm_disable（）函數(shù)禁止PWM核。

五、A/D轉換模塊

AD7705包括六個可供用戶訪問的片內(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，一個是查詢 引腳以確定數(shù)據(jù)寄存器更新時何時進行的，第二個是查詢通信寄存器中的

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

六、紅外遙控輸入模塊

紅外遙控輸入模塊程序設計上主要任務是對紅外接收頭上的電平進行解碼，判別是哪個按鍵按下，進而判定用戶的輸入。本設計采用按鍵碼和按鍵反碼進行相加的方式進行校驗，如果和為0xff，則可判定為正確的鍵碼。

七、液晶顯示模塊

本設計采用128×64液晶。液晶主要用來輸出人機交互界面，提示用戶輸入信息，并將PCR溫度以曲線的形式顯示出來。

八、總結

本文詳細介紹了PCR溫控系統(tǒng)的軟件部分的設計。軟件設計主要包括主程序的設計和子模塊程序設計兩大部分。系統(tǒng)設計中，編寫完各個模塊的驅動程序后，對其以函數(shù)的形式封裝好，然后再編寫測試程序對其進行逐個測試，測試結果穩(wěn)定及邏輯的正確性，滿足PCR實驗要求。

[參考文獻]

[1]趙琦,李賓,周慧.PCR技術的新進展[J].生命化學, 2002,22(3): 288-289.

[2]迪芬巴赫.PCR技術實驗指南[M].北京:科學出版社,1998.