计算机控制课程设计温度控制系统设计与实现

内蒙古工业大学课程设计说明书课程设计说明书题 目 ： 温 度 控 制 系 统 的 设 计 与 实 现学 生 姓 名 ：学 院 ： 电 力 学 院系 别 ： 自 动 化专 业 ： 自 动 化班 级 ：指 导 教 师 ：二一年一月十四日学校代码： 10128学 号： 200710202074内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机控制系统课程设计 学院：电力学院 班级： 自动化07-3班 学生姓名： 石鑫 学号： 200710202074 指导教师： 刘磊 李志明 一、题目温度控制系统的设计与实现二、目的与意义通过本设计，学生可以加深对温度控制这一过程系统建模、仿真、分析、控制策略设计及实现的理解，熟悉过程对象的控制特性，较好地掌握计算机控制系统的典型分析方法、基本设计方法及实现方法，提高观察、分析和解决问题的能力，培养严谨的科学态度，获得科学研究的初步技能。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 技术参数:数据采集卡 中泰 PCI-8333固态继电器 过零型；输入 DC 324V；输出 AC 24240V；最大工作电流 25A测温元件 热电偶分度号：K ，热电阻分度号：Pt100温度变送器输出信号 420 mA电水壶 材质：不锈钢 ；额定电压：AC 220V ；额定功率：1500W；容积：6L；周长：73cm，高：20cm普通示波器数字万用表内蒙古呼和浩特地区水沸点：=95。工作内容及要求:1、利用计算机控制技术画出单输入单输出控制系统的结构工作原理图。熟练应用计算机控制技术知识分析系统和设计控制器2、熟悉课设系统构成认识熟悉课设各种装置和相关软件，尤其熟悉被控对象水壶。阅读设计中用到的实验装置的使用说明书，没有说明书的自己上网查找（推荐百度文库） ；熟悉力控软件；3、根据上两步画出本课设中所涉及的单输入单输出温度控制系统控制框图 4、温控对象的数学建模熟悉两种建模理论（实际课程没有讲解，但课本中间接提到，具体理论推荐百度文库查找） ，机理建模，测试建模。掌握测试建模的方法。确定被控对象水壶的数学模型传函中的参数。5、根据控制要求（性能指标）和控制对象模型确定控制方案和控制策略及仿真首先确定温度控制系统的控制方案，利用自动控制原理确定控制策略。利用 MATLAB 编程计算确定控制器具体传函，同时利用 MATLAB 进行仿真研究，看是否达到控制要求，不满足重复第五步。6、控制实现结合本课程设计，利用热工测量仪表知识，熟悉传感器的选型，利用微机原理和总线接口知识，熟悉数据采集系统中 A/D 和 D/A 以及接口芯片的选型，利用模拟电子技术和数字电子技术以及电路知识，熟悉辅助电路设计，例如一些滤波，放大电路。利用自动控制原理离散系统知识熟悉控制器算法的实现，利用面向对象的编程语言熟悉采集卡的驱动工作，利用电传动理论（温度课程设计中没有涉及到）和 PLC 软继电器和硬继电器相关知识熟悉执行机构的选型（温度课设中使用） 。7、系统的构建和实际系统的调试用万用表和示波器一步一步检查物理连接，看看每一步连接输出信号是否正确可靠，理论控制器参数通过仿真是否整定合理，开始调试系统，根据实际控制效果，重新调整控制器参数，看是否能达到控制要求。8、若没有结果或达不到控制要求认真检查系统构建的物理连接改变控制策略，改进控制算法（实际都是力控中实现）修改模型。重复以上 4-7 步骤。技术要求：电水壶内热水温度控制在60100之间的任一温度。设计成果要求： 所设计控制策略的仿真程序； 实物控制：实现电水壶内热水温度在 60100之间的任一温度的定值控制； 控制策略的组态软件实现程序，要求利用组态软件画出工艺流程图、趋势曲线等； 按统一规范格式，撰写课程设计说明书。四、工作内容、进度安排 2011-1-42011-1-6 上午 熟悉系统构成，查资料，阅读整理资料（要求有读书笔记）2011-1-7 控制对象的数学建模。2011-1-102011-1-11 控制策略设计、实现、仿真。2011-1-12 系统组成，调试。2011-1-132011-1-14 分析总结本次课程设计，提出进一步改进建议。认真详细撰写课程设计说明书。上交仿真程序、组态软件实现程序、课程设计说明书，验收实物控制效果，答辩。五、主要参考文献1 张计科，王志和.计算机集成控制系统课程设计指导书.呼和浩特：内蒙古工业大学，20052 方康玲主编.过程控制系统.武汉：武汉理工大学出版社20023 金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社19934 胡寿松.自动控制原理.第四版.北京：科学出版社2001审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 2011 年 1月 4 日指导教师签字：_摘 要温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章 概述 .11.1 题目背景及应用意义 .11.2 本文内容及工作安排 .1第二章 系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） .32.1 系统组成 .32.1 被控对象分析（被控对象数学建模） .5第三章 控制策略设计及仿真研究 .113.1 控制策略设计 .113.2 仿真研究 .15第四章 控制策略实现 .184.1 组态环境下控制策略编程实现 .184.2 力控软件 .184.3 运行结果分析 .20第五章 总结 .22参考文献 .23内蒙古工业大学课程设计说明书1第一章 概述 11 题目背景及应用意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。一个由计算机技术为标志，包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。伴随着科学技术的发展，计算机技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用计算机和温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到实时温度检测和控制。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足重轻的作用，因此,温度控制系统是典型的控制系统。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低 范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。不同的应用部门对温度控制系统品质有不同的要求，并选用不同类型的调节器。如果精度要求不高，可采用两位调节器，一般情况下多采用P