文档介绍：《计算机控制技术》
课程结业论文
专业: 电气工程及自动化
年级: 2009级
班级: 电气5班
姓名: 余刚
学号: 20094073525
2012年 06月 21 日
摘要
采用AT89S51单片机作为控制核心,将增量式PID算法和PWM脉宽调制技术相结合,通过光耦控制双向晶闸管导通角的大小实现热水器的恒温控制。解决了传统的电热水器用冷热水闸门调节温度出现的温度不稳定,不易调节的缺点。
关键词:PID算法单片机脉宽调制电热水器
目录
摘要 I
1引言 1
2 系统的硬件组成与设计 2
2
2
3 系统软件设计 4
4
4
结论 5
参考文献 6
致谢 7
附录 8
1引言
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
针对传统的电热水器用冷热水闸门调节温度出现的温度不稳定,不易调节的缺点,本文设计了以AT89S51单片机作为控制核心,将PID算法和PWM脉宽调制技术相结合,通过光耦来控制双向可控硅导通角的大小来实现热水器的恒温控制的控制系统。
2 系统的硬件组成与设计
本系统由单片机控制系统、前向通道、后向通道、人机对话通道4个主要的功能模块组成,总体框图如图1所示。
温度传感器
信号放大器
A/D转换器
单片机控制系统
功率放大电路
光电耦合电路
双向晶闸管
电加热装置
键盘显示
图1 本系统的总体功能结构图
前向通道是信息采集的通道,主要包括温度传感器、信号放大、A/D转换电路组成的信号采集电路和以单片机为核心的信号处理电路。水温经温度传感器和信号放大电路产生0~5V的模拟电压信号送入A/D转换器,将模拟量转换为数字量通过系统总线送入单片机进行运算处理,电路原理图分别如图2、图3所示。
图2 信号采集原理图
图3 信号处理电路
图中温度传感器采用AD590将温度变换为电流,与运算放大器OP07和电阻R1、VRl、R2、VR2组成信号转换与放大电路,将温度转换为电压信号。采用ADC0804把电压信号转换为数字信号输送到单片机。
后向通道是控制信号的输出通道,主要由功率放大电路、光电耦合电路、双向晶闸管、电热装置等组成,原理图如图4所示。单片机输出的控制信号经光偶MOC3041控制双向可控硅BTA12的导通时间,从而实温度控制
图4 后项通道原理图
3 系统软件设计
增量式PID控制算式为:
Δu(k) = u(k) - u(k-1)
= KC[e(k) - e(k-1)] + K1e(k) + KD[e(k) - 2e(k-1)
+ e(k-2)]
= KCΔe(k) + K1e(k) + KDΔ2e(k)
系统软件由主程序、PID子程序、中断服务子程序、PWM波子程序组成。主程序主要完成初始化、温度采集、处理和发送、PID子程序的调用。PID算法子程序的作用为根据设定温度、实测温度和调节器系数KP、KI、KD计算变换量△Ui,并将变换量按比例转换为PWM波的时间来控制可控硅导通时间。当键盘显示模块发送过来设定温度时,本模块能够进入串行口中断子程序,从而把设定温度保存起来。PWM波输出子程序按PID运算结果,软件编写完成控制双向晶闸管的导通时间。
结论
本文利用PID算法实现对电热水器的自动控制,℃,具有自动化、智能化、易于操作、控制精度高、性价比高等特点。
参考文献
[1] [M].北京:清华大学出版社,1997.
[2] -M-:哈工大出版社,1990.
[3] [M].杭州:浙江大学出版社,2004.
[4] [M].北京:***出版社,2005.
致谢
论文的设计过程中,我查阅了许