计算机控制技术课结束论文
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，增量型PID算法和PWM结合脉宽调制技术，通过光耦合控制双向晶闸管导角的大小，实现热水器的恒温控制。解决了传统电热水器温度不稳定、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
2.1系统硬件组成2
2.2系统硬件设计2
3 系统软件设计4
3.1增量式PID控制算法4
3.2软件设计4
结论5
参考文献6
致谢7
附录8
1引言
在工程实践中，应用最广泛的调节器控制规律是比例、积分和微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID由于其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便，已成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数无法完全掌握或无法获得准确的数学模型时，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，然后应用程序PID最方便的控制技术。也就是说，当我们不完全了解系统和被控对象，或者不能通过有效的测量手段获得系统参数时，它是最合适的PID控制技术。PID实际上也有控制PI和PD控制。PID控制器是根据系统的误差，用比例、积分、微分计算控制量。
本文设计了传统电热水器用冷热水闸门调节温度不稳定、不易调节的缺点AT89S以51单片机为控制核心PID算法和PWM结合脉宽调制技术，通过光耦控制双向可控硅导角的大小，实现热水器恒温控制的控制系统。
2 系统的硬件组成和设计
2.1系统的硬件组成
该系统由四个主要功能模块组成：单片机控制系统、前通道、后通道和人机对话通道。总体框图如图1所示。
2.2系统硬件设计
2.2.前通道设计
主要包括温度传感器、信号放大、前向通道A/D由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。水温通过温度传感器和信号放大电路产生0~5V发送模拟电压信号A/D转换器通过系统总线将模拟量转换为数字量，并将其送入单片机进行操作处理。电路原理图如图2和图3所示。
采用图中的温度传感器AD590将温度转换为电流和操作放大器OP07和电阻R1、VRl、R2、VR2组成信号转换和放大电路，将温度转换为电压信号。ADC0804将电压信号转换为数字信号，输送到单片机。
2.2.后通道设计
后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、电加热装置等组成。原理图如图4所示。单片机输出的控制信号通过光偶MOC控制双向可控硅3041BTA导通时间为12，实温控制
3 系统软件设计
3.1增量式PID控制算法
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)
3.2软件设计
系统软件由主程序组成，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调用子程序。PID根据设定温度、测量温度和调节器系数，算法子程序的作用是KP、KI、KD计算变换量△Ui，并将变换量按比例转换为PWM控制硅可控导通时间的波时间。当键盘显示模块发送到设定温度时，该模块可以进入串行口中断子程序，以保存设定温度。PWM按波输出子程序PID在计算结果中，软件编写完成了控制双向晶闸管时间。
结论
本文利用PID算法实现电热水器的自动控制，温度分辨率可达0.1℃，具有自动化、智能化、操作方便、控制精度高、性价比高的特点。
参考文献
[1] 吴麒.自动控制原理[M].北京：清华大学出版社，19