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辽宁工业大学计算机限制技术课程设计（论文）题目:8kW电加热炉温度限制系统设计电气工程学院院（系）专自动化091业班级:学090302023号:学生姓蔡林志名:指导老（签师:起止时字）
2023.
12.19-
2024.
12.28间:导致不行挽回的后果，因此必须要加入抗干扰措施，将强弱电隔离光耦合器是靠光传送信号，切断了各部件之间地线的联系，从根本上对强弱电进行隔离，从而可以有效地抑制掉干扰信号此外，光耦合器供应了较好的带宽，较低的输入失调漂移和增益温度系数因此，能够较好地满意信号传输速度的要求，且光耦合器特别简洁得到触发脉冲，具有牢靠、体积小、等特点所以在本系统设计中采纳了带过零检测的光电隔离器M0C3061,用来驱动双向可控硅并隔离限制回路和主回路M0C3061是一片把过零检测和光耦双向可控硅集成在一起的芯片其输出端的额定电压是400V,最大重复浪涌电流为
1.2A,最大电压上升率dv/dt为1000v/us,输入输出隔离电压为7500V,输入限制电流为15mA在驱动执行电路中，当单片机的P
2.
0、P
2.
1、P
2.2发出逻辑数字量为高电平常，经过三极管放大后驱动光耦合器的放光二极管，M0C3061的输入端导通，有大约15mA的电流输入当M0C306的输出端6脚和4脚尖电压稍稍过零时，光耦内部双向可控硅即可导通，供应一个触发信号给外部晶闸管使其导通；当P
2.
0、P
2.
1、P
2.2为低电平常，M0C3061截止，双向可控硅始终处于截止状态2双向可控硅电路在本设计中，考虑到电网电压的稳定和现在市场上销售的双向可控硅型号，选择了工作电压为400V,通态电流为4A的双向可控硅BT136利用单片机限制双向可控硅的导通角在不同时刻利用单片机给双向可控硅的限制端发出触发信号，使其导通或关断,实现负载电压有效值的不同，以达到调压限制的目的详细如下:a由硬件完成过零触发环节，即在工频电压下，每10ms进行一次过零触发信号，由此信号来达到及单片机的同步b过零检测信号接至Pl.7转换口，由单片机对此□进行循环检测，然后进行延时触发
3.6显示电路及按键电路显示电路采纳3位LED显示，同时加入按键电路可变更电压值
4.7电加热炉温度限制系统原理图电加热炉温度限制系统主要由温度检测电路、A/D转换电路、D/A转换电路、驱动执行电路、电源电路、显示电路及按键电路等组成本系统采纳限制每个采样周期内双向可控硅导通正弦波个数的方法来调整加温功率，每次采样时对沟通过零个数进行计数，当过零个数及限制调整器输出值相等时，即停止P
1.7输出电加热炉温度限制系统结构框图第章4软件设计
4.1系统的软件设计本系统的主程序流程图如图
4.1所示图
4.11血心」窟内主程序流程图达林限制算法L-限制系统的软二:标度变换、限制计算、限制输出、显示、调越今知修盆源府普定及修改其中限制算法采纳达林限制算法求出输出限制量考虑到电加热炉是一个T线性、在变和分布参数系统,所以本文采纳一种新型理论成果，及限制输出充分吸取数学和自动限制定性得较好的成果长补短，在实时限制中取结束:
5.2达林限制算法设计^-------------在一些实际工程中，常常遇到纯滞后调整系统，它们的滞后时间比较长对于这样的系统，往往允许系统存在适当的超调量,以尽可能地缩短调整时间人们更感爱好的是要求系统没有超调量或只有很小超调量，而调整时间则允许在较多的采样周期内结束也就是说，超调是主要设计指标对于这样的系统，用一般的随动系统设计方法是不行的，用PID算法效果也欠佳针对这一要求，IBM公司的达林Dahlin在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的限制算法其目标就是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节该算法具有良好的限制效果大林算法中Dz的基本形式设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，其传递函数分别为2-12-2其中为被控对象的时间常数，=村为被控对象的纯延迟时间，为了简化，设其为采样周期的整数倍，即N为正整数由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即，其中e=NT由于一般限制对象均及一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是2-3私二・-@々九H2-4Gz[l-0z]G{z}[11于是数字限制器的脉冲传递函数为Dz可由计算机程序实现由上式可知，它及被控对象有关下面分别对一阶或二阶纯滞后环节进行探讨一阶惯性环节的大林算法的Dz基本形式当被控对象是带有纯滞后的一阶惯性环节时，由式2T的传递函数可知，其脉冲传递函数为将此式代入2-4,可得--”-产*=.I-一-1二「反[1-8皿z“-l-gfzW]2-5式中T——采样周期:被控对象的时间常数;闭环系统的时间常数二阶惯性环节大林算法的Dz基本形式当被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节时，由式2-1的传递函数可知，其脉冲传递函数为…Ci-14其中，771-产小厂1-5私=将式Gz代入式2-3即可求出数字限制器的模型:G一产‘2-J1-32皿]2-6由此，我们可以设计出限制器的传递函数，利用MATLAB工具在SIMULINK里画出整个限制系统，给定一个阶跃信号就可得到整个限制系统的响应曲线
4.3温度及电压关系AD590的输出电流I=273+T uAT为摄氏温度，因此量测的电压V为273+T HA X10K=
2.73+T/100V为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们运用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V由于一般电源供应较多零件之后，电源是带噪声的，因此我们运用齐纳二极管作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压VI需调整至
2.73Vo接下来我们运用差动放大器其输出Vo为100K/20K XV2-Vl=T/20Vo假如现在为摄氏100度，输出电压为5V
4.4达林限制算法
4.4达林限制算法程序达林限制算法程序为，ZUIXIA0PAI:MOV R5,#01HMOV R4,#3CHDIV R5,#64HDIV R4,#64HADD R5,R4；送
0.316MOV R6,#74HDIV R6,#64H；送
0.116MUL R5,#ZDEC R5,R6MOV R7,R5MOV R5,#01HMOV R4,#0A2HDIV R5,#64HDIV R4,#64HADD R5,R4；送
0.418MOV R6,#01H；送1MUL R6,#ZDEC R6,R5DIV R7,R6第章5系统测试及分析/试验数据及分析对设定传递函数进行达林系统仿真，运用AEDKTabACT试验箱，仿真接线图如图
5.1图
5.1达林系统仿真接线图经计算，得到K=2仿真得到曲线如图
5.2图
5.2仿真曲线图输入给定电压为
2.58V,其误差为
2.695-
2.58/
5.58=
0.045,故系统误差为
4.5%,满意系统设计要求此时温度T=
51.6℃第章6课程设计总结通过这次课程设计，在王立红老师的仔细指导下，我学习了许多，受益匪浅此次课程设计中，我做的课题是《8kW电加热炉温度限制系统设计》在本限制对象电阻加热炉功率为8k肌由220V沟通电供电,采纳双向可控硅进行限制本设计针对一个温度区进行温度限制,要求限制温度范围50350C,保温阶段温度限制精度为正负1度选择合适的传感器，〜计算机输出信号经转换后通过双向可控硅限制器限制加热电阻两端的电压本系统选用AT89c51作为限制器，温度检测部分选用AD590作为传感器，ADC0809作为A/D转换器，过零触发器采纳光耦驱动电路及双向可控硅电路由于时间惊慌，所以我们确定通过将限制器的传递函数及采样开关结合即用离散化Z变更,来代替闭环的前向同路的一部分，即通过要达到的闭环传递函数及给定的被控对象传递函数来求出限制器的传递函数在对参数的调整中我们发觉采纳大林算法可显著削减超调，也可做到很小的稳态误差，结合大偏差时的分级B-B限制也可以做到较小的上升时间和调整时间，当对象模型具有不确定性和系统存在随机干扰时，可对达林算法参数作自寻最优限制参考文献
[1]康华光编著.电子技术基础模拟部分.北京高等教化出版社，2000
[2]于海生编著.计算机限制技术.机械工业出版社，2023
[3]李晓莹编著.传感器及测设技术.高等教化出版社，2023
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1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘务显示电路；
2、建立被控对象的数学模型；
3、推导限制算法，设计算法的程序流程图或程序清单；
4、仿真探讨，验证设计结果；
5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上技术参数温度限制范围50350℃〜限制精度小于±5%
1、布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）
2、被控对象建模（1天）进度
3、算法推导，程序设计（3天）安
4、仿真探讨（2天）排
5、撰写、打印设计说明书（2天）
6、答辩（1天）平常_______论文质量________答辩________指导老总成果____________指导老师签师评字____________语及成果年月日注成果平常20%论文质量60%答辩20%以百分制计算电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业限制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的限制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的限制理论和方法很难达到好的限制效果电加热炉加热温度的变更是由上、下两组炉丝的供电功率来调整的，它们分别由两套晶闸管调功器供电调功器的输出功率由变更过零触发器的给定电压来调整，本设计以AT89c51单片机为限制核心，输入通道运用AD590传感器检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动执行结构过零触发器，从而加热电炉丝本系统采纳达林限制算法，将温度限制在50350C范围内，并能够实时显示当前温度值〜关键词温度;AT89C51；达林限制算法；AEDK-labACT目录第1章绪论1第2章课程设计的方案
22.1概述
22.2系统组成总体结构2第3章硬件设计
33.1器件选择
33.2限制器
33.3电源部分
33.4输入通道设计
43.
4.1温度检测电路
43.
4.2A/D转换电路
43.5输出通道设计
43.6显示电路及按键电路
53.7电加热炉温度限制系统原理图5第4章软件设计
74.1系统的软件设计
74.2达林限制算法设计
74.3温度及电压关系
74.4达林限制算法程序10第5章系统测试及分析/试验数据及分析12第6章课程设计总结12参考文献14随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和限制技术以其逻辑简洁、限制敏捷、运用便利及性能价格比高的优点得到了广泛的应用它不仅在航空、航天、铁路交通、冶金、电力、电讯、石油化工等领域得到了广泛应用，而且在日常生活中诸如电梯、微波炉、电冰箱、电视机等高科技产品中也有广袤的运用前景，为工业生产的自动化、智能限制奠定了坚实的技术基础加热炉作为一种应用广泛的热工设备之一尽管它运用的加热方法不同，或工艺要求不同，温度有凹凸、精度也有差异，但作为被控参数之一的温度总是可用不同的测温元件和方法来获得，并通过微型计算机加以处理和限制，并按肯定温度曲线工作,以满意生产须要电加热炉以其无污染、操作便利、自动化程度高、可调范围大、节约基建投资等诸多优点渐渐受到人们的欢迎但这其中对温度的限制上不是很志向，温差大、温度限制精度不精确针对这一状况本论文将介绍一种应用单片机对电热加热炉进行智能限制的温度系统一般的电加热炉温度限制系统如温度限制表限制接触器的主要缺点是温度波动范围大传统的以一般双向晶闸管SCR限制的高温电加热炉采纳过零触发器限制，达到自动限制电炉温度的目的这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种限制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”本论文的探讨意义是怎么用AT89C51单片机作为限制器去实现温度限制，达到须要的工业要求，实现起温度限制的作用，达到工作稳定、性能牢靠利用AD590温度传感器，测量标准，克服了常规方法补偿误差大的缺点，该系统具有键盘输入、LED显示等功能，使温度限制为误差达到±5%,温度变更为50℃至350℃o常见的电加热炉限制算法有达林算法、PID数字限制及最少拍设计，本文采纳达林限制算法设计，将一阶惯性加纯滞后环节等效成两个一阶惯性环节第草2课程设计的方案
1.1概述电加热炉加热温度的变更是由上、下两组炉丝的供电功率来调整的，它们分别由两套晶闸管调功器供电调功器的输出功率由变更过零触发器的给定电压来调整，本设计以AT89c51单片机为限制核心，输入通道为AD590检测温度，测量变送传给ADC0809进行A/D转换，输出通道驱动过零触发器，从而加热电炉丝本系统采纳达林限制算法，将温度限制在50350℃范围内，并能够实〜时显示当前温度值
2.2系统组成总体结构电加热炉温度限制系统的硬件结构框图如图
2.lo=A/D转换=测量变《温度检测AT89c51驱动执行加热电度限结构框图器
3.1器件选择本系统选用AT89C51作为限制器，温度检测部分选用AD590作为传感器，ADC0809作为A/D转换器，过零触发器采纳光耦驱动电路及双向可控硅电路
3.2限制器限制器选择AT89c51单片机
3.3电源部分本系统所需电源有220V沟通市电、直流5V电压和低压沟通电，故须要变压器、整流装置和稳压芯片等组成电源电路电源变压器是将沟通电网220V的电压变为所须要的电压值，然后通过整流电路将沟通电压变为脉动的直流电压由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必需通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压但这样的电压还随电网电压波动（一般有+T0%左右的波动）、负载和温度的变更而变更因而在整流、滤波电路之后，还须要接稳压电路稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变更时，维持输出直流电压稳定整流装置采纳二极管桥式整流，稳压芯片采纳7805,协作电容将电压稳定在5V,供限制电路、测量电路和驱动执行电路中弱电部分运用除此之外,220V沟通市电还是加热电阻两端的电压，通过限制双向可控硅的导通及截止来限制加热电阻的功率低压沟通电即变压器二次侧的电压，通过过零检测电路检测沟通电的过零点，送入单片机后,限制每个采样周期内双向可控硅导通正弦波个数的方法来调整加温功率
3.4输入通道设计
3.11温度检测电路温度检测元件选用温度传感器AD590AD590是美国ANALOGoDEVICES公司的单片集成两端感温电流源其主要特性如下流过器件的电流u A等于器件所处环境的热力学温度开尔文度数Ir/T=l式中，Ir一流过器件AD590的电流，单位为uA；T一热力学温度，单位为K；2AD590的测温范围为-55℃150℃；3AD590的电源电压范围为430V,可以承受44V正向电压和〜20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；4输出电阻为710mQ；5精度高，AD590在-55℃+150℃范围内,非线性误差仅为土
0.〜3℃
03.
4.2A/D转换电路ADC0809是一个典型的逐次靠近型8位A/D转换器它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成它允许8路模拟量分时输入，转换后的数字量输出是三态的总线型输出，可以干脆及单片机数据总线连接ADC0809采纳+5V电源供电，外接工作时钟当典型工作时钟为500KHz时，转换时间约为128uso
3.5输出通道设计输出通道采纳过零触发器，由光耦驱动电路和双向可控硅电路组成1光耦驱动电路在驱动电路中，由于是弱电限制强电，而弱电又很简洁受到强电的干扰，影响系统的工作效率和实时性，甚至烧毁整个系统,。
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