電加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型建立及控制算法.doc

東華理工學(xué)院長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型 建立及控制算法 英文題目 The Electric Heating Furnace Temperature Control System Models and Control Algorithms to Establish 學(xué)生姓名 楊芳芳專 業(yè) 自動(dòng)化班 級 023122指導(dǎo)教師 羅先喜二零零六年六月東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要摘要本文以電加熱爐為控制對象.通過對電加熱爐對象特性的分析來確定電加熱爐系統(tǒng)的構(gòu)成及控制方案。而這里主要采用的設(shè)計(jì)方案是普通電加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型建立及控制算法,對電加熱爐的溫度進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所含系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，干擾多。這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施容易。對爐溫控制，采用的主要是由8051單片機(jī)組成系統(tǒng)。此外由于PID算法具有計(jì)算量小，控制器結(jié)果簡單，靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)好等特點(diǎn)，則應(yīng)用了PID控制算法。本文還建立電加熱爐數(shù)學(xué)模型。此外在論文中也介紹了史密斯預(yù)估方案，以及關(guān)于占空比，這兩個(gè)問題都有在論文中提到，其中史密斯預(yù)估方案對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響很大，而占空比問題也對系統(tǒng)溫度加熱時(shí)間有很大關(guān)系。出此之外，論文中還介紹了電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中要運(yùn)用到的主要芯片.以及這些芯片在系統(tǒng)中的各自功能也都有介紹。此論文重點(diǎn)討論了電加熱爐溫度控制系統(tǒng)系統(tǒng)的控制算法， 關(guān)鍵詞電加熱爐；溫度控制；單片機(jī)；PID算法;AbstractThis method resolves the Electrical-heated furnace is the controlled target .By analyzing the characteristic of electrical-heated furnace control system. Under this condition We choose the chief in the article is the contradiction between static and dynamic performances, the computer control system for controlling the stove temperature adopt the expert system and its deficiencies are complex and has much interference .this system is easily implemented. the most important in this design is that the electric heating elements, control algorithm, and soft-ware design of the system .Besides,this methord introduce selectrical-heated by maths. And also introduce about the O.J.M des Smithidea.And also introduce other things about this method. In the method we also can find about the chip about the design ,it also includes the function about the chip. The ideas in the method what had been mentioned are all very important for me to design this method .The results of algorithm simulation prove that single neuron adaptive PSD intelligent control algorithm is simple and its effect is the better .it has very high theoretical value and practical value.The most important mental in this method is how to design the selectrical-heated by PID algorithmKey wordsselectrical-heated furnace; temperature control; Single chip micyoco; PID algorithm. 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄目錄中文摘要與關(guān)鍵詞英文摘要與關(guān)鍵詞緒論11. 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成 .21.1 各個(gè)主要元件電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中的功能.21.2 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及工作原理.21.3 系統(tǒng)中要用的主要芯片的簡介31.3.1 8051芯片簡介31.3.2 定時(shí)計(jì)數(shù)器51.3.3 鎖存器74LS373.61.3.4 光可控硅61.3.5 8279芯片的簡介.101.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器.121.3.7 電源電路.131.4 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制實(shí)例142.電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制算法152.1 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)152.2 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立152.3 PID控制器的控制算法.162.3.1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對控制性能的影響. 182.3.2 PID控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及其控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn). 18 2.4 電加熱爐積分分離PID控制的仿真研究. 203. 控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)圖及分析 213.1 積分分離PID控制算法 213.2 占空比.25結(jié)論27致謝28參考文獻(xiàn)29附錄1.30附錄249東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論16東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電加熱溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成緒論電加熱爐的出現(xiàn)，給人類的生活帶來了很多方便，使人類不管是在生活還是在工業(yè)方面都有了很多便利之處。但是電加熱爐主要應(yīng)用還是在生產(chǎn)過程、實(shí)驗(yàn)室及研究所。電加熱爐本身可由多組爐絲提供功率，用多組溫度傳感器檢測爐內(nèi)溫度，因此電加熱爐屬多區(qū)溫度系統(tǒng)。控制理論從經(jīng)典理論、現(xiàn)代理論已經(jīng)發(fā)展到更先進(jìn)的控制理論，控制系統(tǒng)也由簡單的控制系統(tǒng)、大系統(tǒng)發(fā)展到今天的復(fù)雜系統(tǒng)。本文討論的電加熱爐爐溫控制系統(tǒng)由上下兩組爐絲進(jìn)行加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐溫。本文所采用的電加熱爐溫度控制，采用的是適用于工業(yè)控制的8051單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)。為了降低電加熱爐的成本，系統(tǒng)要求采用實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍5C，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，系統(tǒng)被測參數(shù)是溫度，由單片機(jī)PID運(yùn)算得出的控制量控制光控可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷，以便切斷或接通加熱電源，調(diào)整電功率，從而控制電加熱爐的溫度穩(wěn)定在設(shè)定的值上，并實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度的變化過程，以更好的控制電加熱爐工作。本系統(tǒng)較理想地解決了爐溫控制中平穩(wěn)性、快速性與精度之間的矛盾。電加熱爐是一種將電能轉(zhuǎn)換為熱能，在工礦企業(yè)和日常生活中，是一種常見的設(shè)備。在社會(huì)發(fā)展的今天，電加熱爐的使用，即可以提高生產(chǎn)效益，節(jié)約能源，也減少了環(huán)境的污染，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善人民生活質(zhì)量等方面的優(yōu)點(diǎn)早已成為社會(huì)的共識(shí)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平的進(jìn)步，人民生活水平的提4高，將使社會(huì)帶入一個(gè)新的階段。人們對熱能的需求質(zhì)量越來越大，電加熱爐的優(yōu)越性越發(fā)的突出來，這樣就出現(xiàn)了一個(gè)問題，由于傳統(tǒng)的電加熱爐存在一定的弊端而造成能源的浪費(fèi)，導(dǎo)致其生產(chǎn)效率低，其主要原因是缺少有效的調(diào)節(jié)設(shè)備，導(dǎo)致的浪費(fèi)。如何解決這一問題，滿足社會(huì)的需求，設(shè)計(jì)得更加科學(xué)、合理，在全國仍在探討。并且現(xiàn)代電加熱爐的控制方法由于數(shù)學(xué)深?yuàn)W、算法復(fù)雜、現(xiàn)場工程師難以理解和接受，因而先進(jìn)控制算法的推廣受到制約，為克服以上種種困難，將來的電加熱爐以控制算法簡單，靜動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)，有較高的實(shí)用價(jià)值和理論價(jià)值，特別是以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的方向發(fā)展。1. 電加熱溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成此次設(shè)計(jì)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)，主要包括8051單片機(jī)、溫度控制檢測元件和變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤與顯示器、溫度控制電路和報(bào)警電路等幾個(gè)部分。1.1 各主要芯片的在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中的功能。首先該系統(tǒng)選用性能價(jià)格比較高的適用于工業(yè)控制MCS51系列單片機(jī)8051作為主機(jī)，具有控制方便、簡單和靈活性等特點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。其次是應(yīng)用了定時(shí)/計(jì)數(shù)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON的作用是控制定時(shí)器的啟、停，標(biāo)志定時(shí)器的溢出和中斷情況。此外還應(yīng)用了鎖存器74LS373。74LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門的D鎖存器，縮存器中內(nèi)容可以根據(jù)設(shè)置的電平的高低對內(nèi)容進(jìn)行更新和保存。還有應(yīng)用到了光控可控硅。晶閘管又叫硅可控整流元件，常簡稱為可控硅不只是用5來進(jìn)行可控整流它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種額率的交流電變成另種頻率的交流電，8279芯片，它是一種可編程的鍵盤/顯示器接口芯片。它含鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能。A/D轉(zhuǎn)換器:這里采用ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器。通過一個(gè)串行三態(tài)輸出端與主處理器或其外圍的串行口通信，可與主機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)，可編程輸出數(shù)據(jù)長度和格式。熱電偶: 常用的熱電偶有好多種，根據(jù)我們實(shí)際所需要的，在這里我采用鉑銠。這種熱電偶可在1600C以下范圍內(nèi)長期工作，短期可測1800C的高溫。1.2 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖及工作原理軟盤顯示報(bào)警顯示A/D光控可控硅熱電偶8051電加熱爐變送器圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖工作原理：熱電偶用來檢測爐溫，將電阻爐中的溫度轉(zhuǎn)變成毫伏級的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度變送器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。由于A/D轉(zhuǎn)換器接受的是電壓量，所以在溫度變送器的輸出端介入電阻網(wǎng)絡(luò)，把得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。通過采樣和A/D轉(zhuǎn)換，所檢測得到的電壓信號(hào)和爐溫給定的電壓信號(hào)都轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入到微型機(jī)中進(jìn)行比較，其差值即為實(shí)際電爐和給定爐溫間的偏差。微型機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器對偏差按一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)功率放大器放大后送到晶閘管調(diào)壓器，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角的大小，從而控制電阻爐的加溫電壓，起到調(diào)節(jié)爐溫的作用。1.3 系統(tǒng)中要用到的主要芯片的簡介1.3.1 8051 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串口接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，具體介紹如下：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能， 時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容2MCS-51的引腳說明：8051采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。功能如下說明：Pin20:接地腳Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時(shí)，接+5V電源。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。輸入輸出(I/O)引腳：Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳也可作為低8位地址總線，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳也可作為高8位地址總線，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳還具有第二功能，功能如下圖所示。Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：表1-1 8051初始態(tài)Pin30:ALE/PROE當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，PROE將用于輸入編程脈沖。Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。4Pin31:EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。2在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。1.3.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）工作方式寄存器TMOD圖1-2 TMOD寄存器M1、M0選擇方式表1-2 M1、M0 選擇工作方式功能選擇位，當(dāng)為0時(shí)，為定時(shí)器方式：當(dāng)為1時(shí)為計(jì)數(shù)器方式。GATE門控位，當(dāng)為0時(shí)，只要控制位TR0或TR1置1，即可啟動(dòng)響應(yīng)定時(shí)器開始工作；當(dāng)為1時(shí)，除需要TR0或TR1置1外，還需要或引腳為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)響應(yīng)的定時(shí)器開始工作。TMOD不能進(jìn)行尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置工作方式。2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON的作用是控制定時(shí)器的啟、停，標(biāo)志定時(shí)器的溢出和中斷情況。定時(shí)器TCON格式如下：圖1-3 TCON定時(shí)器TCON.7 TF1定時(shí)器1溢出標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器1計(jì)滿溢出時(shí)，由硬件TF1置1，并且申請中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。TR1定時(shí)器1運(yùn)行控制位。當(dāng)為1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器1工作；當(dāng)為0時(shí)，關(guān)閉定時(shí)器1工作。TF0定時(shí)器0溢出標(biāo)志。TR0定時(shí)器0運(yùn)行控制位。操作同上。IE1外部中斷1請求標(biāo)志。IT1外部中斷1觸發(fā)方式選擇位。IE0外部中斷0請求標(biāo)志。IT0外部中斷0觸發(fā)方式選擇位。1.3.3 鎖存器74LS373 74LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門的D鎖存器，其結(jié)構(gòu)圖如下。當(dāng)使能端G程 高電平時(shí)鎖存器中的內(nèi)容可以改變更新，而在返回低電平瞬間實(shí)現(xiàn)鎖存。如此時(shí)芯片的輸出控制端為OE低，即輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可經(jīng)由三態(tài)門輸出。74LS373是帶清除端CLR的8D觸發(fā)器。它不帶三態(tài)門，但CLR端為低時(shí)，8個(gè)D觸發(fā)器中的內(nèi)容將被清除而輸出全零，所以正常工作時(shí)該端應(yīng)接高電平。它在時(shí)鐘端CLK輸入為上升沿時(shí)觸發(fā)器中的內(nèi)容更新，因此單片機(jī)的ALE引腳應(yīng)先經(jīng)反相，再與該端相連接。經(jīng)過我們對他們的分析最終我們采用74LS373。(4)74LS373的外部結(jié)構(gòu)圖如下：圖1-4 74LS373的外部結(jié)構(gòu)圖1.3.4 光控可控硅：晶閘管又叫硅可控整流元件，常簡稱為可控硅。普通晶閘管是一種具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。目前，晶閘管的派生器件很多，如雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等，在無線電技術(shù)中應(yīng)用也很廣泛。事實(shí)上，晶閘管不只是川來進(jìn)行可控整流它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種額率的交流電變成另種頻率的交流電，等等。人們常稱它為電力電子器件。1) 可控硅工作原理可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成。當(dāng)陽極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔茫砸坏┛煽毓鑼?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，如下表表1-3 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件2) 基本伏安特性圖1-5 可控硅基本伏安特性（1）反向特性當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時(shí)（見圖3），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖3的特性開始彎曲，如特性O(shè)R段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊穿。圖1-6 陽極加反向電壓（2）正向特性當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時(shí)（見圖1-6），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3的特性發(fā)生了彎曲，如特性O(shè)A段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓圖1-7 陽極加正向電壓由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區(qū)，空穴時(shí)入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖3的虛線AB段。這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)-通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，見圖2中的BC段（3) 觸發(fā)導(dǎo)通在控制極G上加入正向電壓時(shí)（見圖5）因J3正偏，P2區(qū)的空穴時(shí)入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫ㄒ妶D2）的基礎(chǔ)上，加上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖3的伏安特性O(shè)A段左移，IGT越大，特性左移越快。圖1-8 陽極和控制極均加正向電壓（4) 普通晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)有：(1)額定通態(tài)平均電流It在規(guī)定的使用條件下陽極陰極間可以連續(xù)通過50H正弦半波電流的平均值。(2)正向阻斷峰值電壓Vdrm。在門極開路，不加觸發(fā)信號(hào)，允許重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極之間的正向峰值電壓(手冊規(guī)定重復(fù)率為50次s，持續(xù)時(shí)間不大于10MS)，稱為正向阻斷峰值電壓Vdrm。(3)反向阻斷峰值電壓Vdrm。當(dāng)晶閘管加反向電壓，處于反向阻斷狀態(tài)時(shí)可以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓(手冊規(guī)定重復(fù)率為50次s，重復(fù)時(shí)間不大于10MS)。 (4)門極觸發(fā)電流Igt在室溫下，陽極與陰極間加有6v正電壓時(shí)、使元件完全開通所必須的最小門極直流電流。(5)維持電流Ih。在室溫和門極斷路時(shí)，保持元件處于通態(tài)所必需的最小通態(tài)電流。1.3.5 8279的芯片介紹8279 是一種可編程/顯示器接口芯片，用的比較多。它含鍵盤輸入和顯示輸出兩種功能。鍵盤輸入時(shí)它自動(dòng)掃描，能與64個(gè)按鍵或傳感器組成的矩陣相連，接收輸入信息，存入先進(jìn)先出/傳感器RAM；顯示輸出時(shí)它有一個(gè)顯示RAM，其內(nèi)容通過自動(dòng)掃描，可由8或16位LED數(shù)碼管顯示。圖1-9 8279芯片的引腳圖8279芯片各主要部件介紹（1）數(shù)據(jù)總線緩沖器和I/O控制雙向、三態(tài)的數(shù)據(jù)總線緩沖器用與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。當(dāng)CS為高，RD為低時(shí)，數(shù)據(jù)總線緩沖器信息送D7-D0；當(dāng)CS為高，WR為低時(shí)，D7-D0上信息寫入數(shù)據(jù)總線緩沖器。當(dāng)A0=1時(shí)，讀向CPU的是狀態(tài)字，自CPU寫入的是命令字；當(dāng)A0=0，讀、寫的都是數(shù)據(jù)。（2）控制及定時(shí)寄存器和控制及定時(shí)控制及定時(shí)寄存器用于寄存CPU送來的命令字，在通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。定時(shí)是在對CLK端輸入的外部時(shí)鐘頻率N分頻、得到100kHz的內(nèi)部定時(shí)脈沖的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步給出5.1ms的鍵盤掃描時(shí)間、10.3ms的消抖時(shí)間和顯示掃描時(shí)間。（3）掃描計(jì)數(shù)器 有兩種工作方式。一種是編碼方式，需由外部譯碼器對掃描輸端SL3-SL0上的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生對鍵盤或顯示器的掃描信號(hào)；另一種是譯碼方式，在內(nèi)部對計(jì)數(shù)器低兩位譯碼后送SL3-SL0輸出，可做為鍵盤和顯示器的掃描信號(hào)。（4）輸入緩沖器和鍵盤消抖控制 輸入緩沖器用與鎖存SL7-SL0上的信息。鍵盤各種方式時(shí)，當(dāng)搜索到閉合鍵，等待10.3ms，若該鍵仍閉合，則將該鍵所在的行、列號(hào)和SHIFT、CNTL鍵狀態(tài)都寫入FIFO/傳感器RAM。傳感器方式時(shí)，則直接將掃描時(shí)SL7-SL0上信息寫入FIFO/傳感器RAM。8279還可各種于選通方式，此時(shí)由選通信號(hào)STB的上升沿將SL7-SL0上信息寫入FIFO/傳感器RAM。（5）FIFO/傳感器RAM和它的狀態(tài)寄存器 該RAM有8個(gè)單位。在鍵盤和選通方式時(shí)，按寫入的次序，也即先進(jìn)先出的原則讀出。它的狀態(tài)寄存器存放狀態(tài)字，用以指出此RAM中存放的字符數(shù)，是否出錯(cuò)及溢出、空、滿等信息。RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ變高。在傳感器方式時(shí)，RAM的每一單元存放傳感器矩陣中相應(yīng)列的狀態(tài)信息，當(dāng)某一傳感器狀態(tài)有變化，IRQ變高。（6）顯示RAM和顯示地址寄存器 該RAM有6個(gè)單元，用于存放要顯示的筆畫信息，它的地址寄存器存放由CPU正在讀或?qū)懺揜AM某單元的地址，或正在顯示器的兩個(gè)半字節(jié)的地址。（7) 由CPU向8279寫入的8種命令字（a）方式命令字 用于設(shè)定8279的各種方式。（b）分頻命令字 用于設(shè)定分頻系數(shù)N。8279復(fù)位后，該命令字為3FH。4 （c）讀FIFO/傳感器RAM命令字 讀顯示RAM命令字 在讀顯示RAM中的數(shù)據(jù)前，必須先寫入命令字。它的D7、D6、D5=011，是特征位。D3、D2、D1、D0是要讀的起始地址。與上一命令字一樣：D4=1時(shí)，每次讀出后地址自動(dòng)加1。（d）寫顯示RAM命令字 （e）屏蔽與消隱命令字 需要改寫顯示RAM中某單元的半個(gè)字節(jié)，而要求不影響、即屏蔽它的另半個(gè)字節(jié)時(shí)要寫入次命令字；需要使顯示熄滅、即消隱時(shí)也要寫入此命令字。（f）清除命令字 在需要清除RAM中內(nèi)容等情況下，寫入此命令字。它（g）結(jié)束中斷/設(shè)定出錯(cuò)命令字 它有兩中功能。8279的狀態(tài)字的格式為：D7當(dāng)執(zhí)行清除命令字為1，此時(shí)寫顯示RAM無效。D6位如為1，在N鍵依次讀出方式時(shí)，表示出錯(cuò)；而在傳感器方式時(shí)，表示至少有一個(gè)產(chǎn)肝氣閉合。D5、D4、D3位分別在FIFO/傳感器RAM溢出、已空或全滿時(shí)置1。D2、D1、D0表示FIFO/傳感器RAM中的字符數(shù)。8279的數(shù)據(jù)格式為：在鍵盤方式下，D7、D6分別表示CNTL鍵和SHIFT鍵的狀態(tài)；D5、D4、D3表示掃描計(jì)數(shù)器的數(shù)值，也即鍵盤的行號(hào)；D2、D1、D0表示由RL7-RL0確定的閉合鍵的列號(hào)。在傳感器方式和選通方式時(shí)，則D7-D6分別與RL7-RL0的值相對應(yīng)。2當(dāng)8279的CS為高電平時(shí)，8279才進(jìn)入工作狀態(tài)，即CS=1A0=1時(shí)是命令狀態(tài)字假設(shè)其余的全為低電平：即為 1000 0000 0000 0001=8001HA0=0時(shí)是數(shù)據(jù)口地址假設(shè)其余的全為低電平：即為 1000 0000 0000 0000=8000H1.3.6 A/D轉(zhuǎn)換芯片一般常見的有四種A/D轉(zhuǎn)換電路，其用途與性能見下表：表1-4 常見4種A/D轉(zhuǎn)換電路用途與性能A/D轉(zhuǎn)換電路性能 用途計(jì)數(shù)器式最簡單，價(jià)格低，轉(zhuǎn)換速度很慢用得少雙積分式精度高，能消除干擾，轉(zhuǎn)換速度也慢用得多，多見于數(shù)字式儀表逐次逼近式轉(zhuǎn)換速度快用得最多并行式轉(zhuǎn)換速度最快，但硬件多，成本高只用于要求轉(zhuǎn)換速度很快的的場合這里選用的是ADC0809轉(zhuǎn)換芯片。ADC0809轉(zhuǎn)換芯片是8位、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)。應(yīng)用單一+5V電源，其模擬量輸入電路的范圍為05V，對應(yīng)的數(shù)值量輸出為00HFFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,無須調(diào)零或調(diào)整滿量程。 圖1-10 ADC0809芯片引腳圖ADC0809有28個(gè)引腳，在精度要求不太高的情況下，供電電源就用做基準(zhǔn)電源。該芯片中的START是芯片中的起動(dòng)引腳。其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換；EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可用于向單片機(jī)申請中斷或供單片機(jī)查詢；OE是輸出允許端；CLK是時(shí)鐘端，因芯片的時(shí)鐘頻率最高只可工作于640kHZ，故通常由單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻后接向該引腳；1.3.7 電源電路圖1-11 電源電路在此電路里穩(wěn)壓器7805的壓降是2.5V，偏移電流是6mA，我們需要的電壓是5V，電路提供的電壓是9V，則電阻承擔(dān)的電壓為1.5V，由此得 ( 1-1)圖1-12 電壓波形圖1.4 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制實(shí)例在很多行業(yè)中有大量的應(yīng)用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的干果電阻爐及各種不同用途的溫箱等，人們都需要對它們的溫度進(jìn)行監(jiān)測和控制。以上是設(shè)計(jì)系統(tǒng)中要用的主要芯片的簡介。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電加熱爐控制系統(tǒng)的控制算法2. 電加熱爐控制系統(tǒng)的控制算法隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，在冶金、化工、機(jī)械等各類工業(yè)制造中，電加熱爐得到了廣泛的應(yīng)用。其溫度控制具有非線性大、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的控制中遇到了極大的困難。在本文中，采用算法簡單，效果好的PID控制算法，與一般的控制算法相比，具有計(jì)算量小，控制結(jié)果簡單，靜動(dòng)態(tài)性能較好等特點(diǎn)，有較高的使用價(jià)值。2.1 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)在這里討論的電加熱爐爐溫控制由上下兩組爐絲進(jìn)行加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐溫，為了降低電加熱爐的成本，爐絲采用電阻絲直接加熱，系統(tǒng)要求采用實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，控制溫度誤差范圍5，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，系統(tǒng)被測參數(shù)是溫度，由單片機(jī)PID運(yùn)算得出的控制量控制光控可控硅的導(dǎo)通和關(guān)斷，以便切斷或接通加熱電源，調(diào)整電功率，從而控制電加熱爐的溫度穩(wěn)定在設(shè)定的值上，并實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度的變化過程，以更好的控制電加熱爐工作。本系統(tǒng)較理想地解決了爐溫控制中平穩(wěn)性、快速性與精度之間的矛盾。與電阻爐的時(shí)間常數(shù)相比，晶閘管調(diào)壓器、溫度變送器、功率放大器等環(huán)節(jié)都可以簡化成比例環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過程中的不管用哪種方法得到控制系統(tǒng)的參數(shù)，直接使用時(shí)控制的效果不一定很好，必須結(jié)合實(shí)際調(diào)試來選擇數(shù)字控制器的參數(shù)。所謂的設(shè)計(jì)過程中的調(diào)試，就是按照公式計(jì)算出參數(shù)的數(shù)值，然后送入到微機(jī)中運(yùn)行，觀察效果，如果效果不好，則對相應(yīng)的值作部分修改，一直調(diào)試到滿意的控制效果為止。調(diào)試的過程中，先按比例調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)行，比例系數(shù)由小到大地改變；然后加入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，積分時(shí)間常數(shù)有大到小地改變。2.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立電加熱爐本身由上下兩組爐絲加熱，用上下兩組熱電偶檢測爐內(nèi)溫度。因此電加熱爐為一雙輸入雙輸出的受控對象。由于在各類工業(yè)控制中，時(shí)滯現(xiàn)象相當(dāng)普遍，對于許多大的時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)，也可以用適當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)加純滯后環(huán)節(jié)來近似。因此，可以用階躍響應(yīng)近似確定電加熱爐的連續(xù)模型。本文采用被控對象的數(shù)學(xué)模型為： (2-1) 由于電加熱爐本身是一個(gè)較復(fù)雜的被控對象，它具有非線性，時(shí)變和分布參數(shù)等特性。所以通常我們把這個(gè)雙輸入雙輸出系統(tǒng)分解成兩個(gè)單輸入單輸出的系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型為上式。兩個(gè)系統(tǒng)的輸入輸出之間的相互影響看作是干擾。假設(shè)檢測元件的函數(shù)模型為H(s)，根據(jù)反饋控制系統(tǒng)圖可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。工作原理：熱電偶可將檢測的溫度轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度變送器放大后，送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制光控可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。若檢測的實(shí)際值與設(shè)定值相比，高則報(bào)警，低則控制繼續(xù)加熱。圖2-1 反饋控制系統(tǒng)圖中G(s)與Gc(s)分別為控制器和被控對象的傳遞函數(shù)模型，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (2-2)由以上公式得到PID的傳遞函數(shù)： (2-3)2.3 PID控制器的控制算法以下介紹了其中的一種積分分離PID控制的控制算法。圖2-2 具有積分分離的PID控制過程連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器為對誤差的比例、積分和微分控制，即 (2-4)或 (2-5)式中：Ti、Td分別為積分和微分時(shí)間常數(shù)；Kp、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，就是對式(2-4)離散化 ，令 (2-6) 式中，T是采樣周期。由式（2-4）與式（2-6）可得 (2-7)式（2-7）稱為位置式PID控制算法。由于位置式算法輸出在計(jì)算過程中容易產(chǎn)生積分飽和作用，導(dǎo)致控制器的響應(yīng)速度變慢，而且由于積分的累積作用，在手動(dòng)和自動(dòng)切換時(shí)，很難做到無擾動(dòng)切換。因此，人們又提出一種新的控制算法，PID增量式控制算法： (2-8)在普通的數(shù)字PID數(shù)字控制器中引入積分環(huán)節(jié)的目的，主要是為了消除靜差、提高精度，但在過程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定植時(shí)，會(huì)造成PID運(yùn)算積分積累，致使算得的控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能最大的動(dòng)作范圍所對應(yīng)的極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)的振蕩，這是大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)所不允許的，為了避免上述情況的發(fā)生，才用積分分離PID控制算法，及保持了積分作用，又可以減小超調(diào)量，使得控制性能有了較大的改善，其具體實(shí)現(xiàn)如下：（1）根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定一閾值0。（2）當(dāng)|e(k)|時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較大時(shí)，采用PD控制，可避免過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。（3）當(dāng)|e(k)|時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較小時(shí)，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。對于算法實(shí)現(xiàn)，可在積分項(xiàng)乘一個(gè)系數(shù)，按下式取值： (2-9) 當(dāng)|e(k)|時(shí)，即=0，進(jìn)行PD控制，PD控制算法為： (2-10)當(dāng)|e(k)|時(shí)，即=1，進(jìn)行PID控制，PID控制算法為： (2-11)2.3.1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對控制性能的影響1）、比例控制Kp對系統(tǒng)性能的影響（1）對動(dòng)態(tài)性能的影響比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng)Kp太大時(shí)，系統(tǒng)回趨遇不穩(wěn)定。若Kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。（2）對穩(wěn)態(tài)性能的影響加大比例控制Kp，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差ess,提高控制精度，但是加大Kp只是減少ess,卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。2） 積分控制Ti對控制性能的影響積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合使用，構(gòu)成PI控制或PID控制。（1） 對動(dòng)態(tài)性能的影響積分控制Ti通常使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。當(dāng)Ti合適時(shí)，過渡特性比較理想。（2） 對穩(wěn)態(tài)性能的影響積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。若是太大時(shí)，積分作用太弱，以致不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。3） 微分控制Td對控制性能的影響微分控制經(jīng)常與比例控制或積分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PD控制或PID控制。微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，如超調(diào)量p減少，調(diào)節(jié)時(shí)間ts縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度；當(dāng)Td偏大時(shí)，超調(diào)量p較大，調(diào)解時(shí)間較長。當(dāng)Td偏小時(shí)，超調(diào)量p也較大，調(diào)解時(shí)間ts也較長。只有合適時(shí)，可以得到比較滿意的過程。2.3.2 PID控制器參數(shù)設(shè)定及其控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器有4個(gè)主要的參數(shù)Ts、Kp、Ti和Td需要整定，參數(shù)整定效果的影響非常大。在整定參數(shù)時(shí)首先應(yīng)把握住PID參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能之間的關(guān)系。在PID這三種控制作用中，比例部分與誤差信號(hào)在時(shí)間上是一致的，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，比例系統(tǒng)Kp越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度越高。但是對于大多數(shù)系統(tǒng)，Kp過大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低?？刂破髦械姆e分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況有關(guān)系，只要誤差不為0，控制器輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，積分部分才不會(huì)發(fā)生變化，因此積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是積分作用的動(dòng)作緩慢，可以給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不良影響，因此很少單獨(dú)使用。積分時(shí)間常數(shù)Ti增大時(shí)，積分作用減弱，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能可能有所改善，但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的進(jìn)度減慢。誤差變化的速度反映了被控量變化的趨勢，微分部分根據(jù)它提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。它較比例調(diào)節(jié)更為及時(shí)，所以微分部分具有超前和預(yù)測的特點(diǎn)。微分時(shí)間常數(shù)Td增大時(shí)，可能會(huì)使超調(diào)量減小，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但是抑制高頻干擾的能力下降。如果Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)可能上升慢。選取采樣周期Ts時(shí)，應(yīng)使它遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。為使采樣值能及時(shí)反映模擬量的變化，Ts越小越好。但是Ts太小會(huì)增加CPU的運(yùn)算速度，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不宜將TS取得過小，在過程控制中采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)溫度一般Ts=20s。（1）結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，使用方便PID控制器的結(jié)構(gòu)典型，程序設(shè)計(jì)簡單，計(jì)算工作量較小，各參數(shù)有明確的物理意義，參數(shù)調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)多回路控制、串級控制等復(fù)雜的控制。（2）有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性根據(jù)被控對象的具體情況，可以采用PID控制器的多種變種和改進(jìn)的控制方式，例如Pi、Pd、帶死區(qū)的PID、被控量微分PID、積分分離PID和變速積分PID等，但比例控制一般是必不可少的。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。 492.4 電加熱爐積分分離PID控制的仿真研究MATLAB/SIMULINK環(huán)境是一種系統(tǒng)仿真工具軟件，其使用可大大提高系統(tǒng)仿真和CAD的效率和可靠性。SIMULINK的含義相當(dāng)直觀，其明顯地表明該軟件的2個(gè)顯著功能：simu（仿真）與link（連接），亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上“畫”出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線形化分析?？垢蓴_能力（1）為了保護(hù)電路的性能，電阻全部選用精密電阻，電容選用高阻抗優(yōu)質(zhì)電容，并且進(jìn)行篩選配套。要求印制電路板的絕緣質(zhì)量要好，布線安排要合理。實(shí)踐證明，布線的安排對電路的性能影響是明顯的。（2）采用屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)。以金屬材料例如鐵制的封閉金屬盒具有電磁屏蔽功能?？墒蛊帘魏袃?nèi)的電路免受外界干擾電場、磁場的影響。在控制電路中設(shè)置了光電隔離電路，可以防止強(qiáng)電和弱電共地對單片機(jī)的干擾。將數(shù)字地、模擬地分開，最后在電源板一點(diǎn)共地，可有效的防止A/D輸入對單片機(jī)產(chǎn)生的共摸干擾。（3）電橋電源采用專用橋頭電源變壓器，整流后用大電容濾波，使橋路有一個(gè)很穩(wěn)定的電流。（4）微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中供電系統(tǒng)抗干擾是很重要的。我們要在交流電源進(jìn)入處采用了隔離變壓器，并采用電源濾波技術(shù)。（5）采用軟件濾波法，提高軟件的可靠性。程序高速循環(huán)法；輸出反饋、表決和周期刷新；存儲(chǔ)器使用技巧；實(shí)時(shí)診斷技術(shù)；數(shù)字濾波技術(shù)。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)圖及分析3 控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)圖及分析對于電阻爐溫度控制，采用了適用于工業(yè)控制的8051單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的被測參數(shù)是電阻爐的溫度，由單片機(jī)PID運(yùn)算得出的控制量去控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，以便切斷或接通加熱電源，調(diào)整電工功率，從而控制電阻爐的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。本文的控制算法采用的是普通的PID控制算法：3.1 積分分離PID控制算法PID控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn) 在實(shí)際中，運(yùn)用的PID控制，即所謂的為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，或者是控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)較方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)