CCT温控实验.docx

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CCT温控实验

实验三．炉温综合控制实验

一．实验目的：

1．加深对闭环控制系统的理解；

2．学习闭环控制系统的硬件设计方法；

3．掌握温度采集和控制等技术；

4．掌握PID算法的数字化方法；

5．进一步加强控制软件设计能力；

6．认识和理解工业控制软件的完整性；

6．认识和理解工业控制软件的规范性；

7．进一步学习编写工程软件设计文档。

二．实验项目：

1．以数值控制方式使炉温稳定在设定值。

要求：

．炉温设定值可调。

．运行稳定。

2．以PID控制方式使炉温稳定在设定值。

要求：

．炉温设定值可调；

．PID参数可调；

．运行稳定。

三．预习要点：

概念：

闭环控制系统；数值控制；PID控制。

判断：

闭环控制是利用负反馈来减小系统的误差，具有自动修正被控量偏离值的作用，能够实现较高的控制精度。

数值控制是计算机根据要求直接算出控制量施加于被控对象的控制方式。

PID控制是根据被控量偏差的比例、积分和微分同时作用于控制量，并将其施加于被控对象的控制方式。

推理：

闭环控制可以抑制内外部干扰，提高控制精度；闭环控制参数确定很重要，若不当，将破坏系统的稳定。

数值控制是较简单直接的控制方式，实现容易。

PID控制适用于对连续系统的控制，参数易于调解，能够较好地适应被控对象的特性。

相关知识点：

计算机控制技术基础；MASM编程方法；8253定时器编程和8259中断控制器编程等。

四．实验说明：

本实验中采用的电炉为单路模型电阻炉，参数为：

Pe=3W，Ue=5V。

主电路开关采用TIP41C，开关量驱动，正逻辑，“0”断“1”通。

温度检测元件为热敏电阻，采用桥式电路经放大器检出，输出为与温度相关的模拟电压，温度/电压换算关系表如下：

温度/电压换算表

|温度℃

T点电压V

|温度℃

T点电压V

O

O

40

1.92

5

0.15

45

2.27

10

0.32

50

2.64

15

0.52

55

3.02

20

0.75

60

339

25

1.01

65

2.77

30

1.29

70

4.16

35

1.61

根据温度/电压换算表关系采用分段直线拟和可以得到当前温度。

由于热敏电阻和温度测量系统的放大部分存在非线性，在测量过程中，会带来系统测量误差。

为了进一步提高测量精度，可以采用软件进行校正。

运用PID控制方式时，可以采用位置式PID控制算法，也可以采用增量式PID控制算法。

位置式PID控制算法的数字化公式为：

增量式PID控制算法的数字化公式为：

其中：

、

、

位置式PID控制算法的积分累积效应容易使系统产生较大的累积误差，并且不适于切换。

电路的实现已在实验箱上完成，涉及５个电路模块，首先是CPU板，它是系统的控制中心；实验扩展板上的电炉模块为控制对象，含温度传感器，通过DB15接头与主实验板相连；主实验板上的C3模块是炉温检测模块；电炉的控制由C1模块74LS237的Q5提供，经过2003反相后驱动开关TIP41C，从而控制电炉通断；模块B5（AD转换模块）和模块C4（电位器模块---提供输入电平信号）可用于温度调节；模块B5还要用于读取温度值。

各模块电路原理图见附图1～7。

读图时需弄清楚74LS237的CLK信号的作用，系统怎样产生这个信号，ADC0809工作时需要哪些信号，这些信号是如何配合和协调的，以及这些信号是怎样施加在ADC0809的相应引脚上的（施主：

8088，转换：

逻辑电路，受主：

0809）。

特别是弄清楚片选信号（端口地址）和通道选择信号的形成（需参照CPU系统图）。

注1：

ADC0809的典型采样时间为10Oμs。

注2：

实验报告的“实验电路工作原理分析”中要求包含以上内容。

五．仪器设备：

Aedk-ACT实验箱1套（附电源线1根、通信线1根、实验插接线若干、跳线子若干）；

开发平台为：

PC机1台；软件一套：

Windows98+LcaACT（IDE）。

六．实验接线：

本实验由实验箱提供现成的电路，实验所涉及的临时接线根据系统搭建的不同自行确定。

七．实验步骤：

1．构建控制系统：

虽然实验箱提供了现成的电路，但必须理清楚本实验项目所涉及的系统电路结构、连接关系，各信号实现方法，这样才能合理地规划和设计控制程序。

2．编写程序：

首先规划好控制方案，然后设计程序结构，接下来绘出程序流程图，这三步是本实验成功的关键，待正确周全之后再往下进行。

用PC机在Windows98+LcaACT（IDE）下编写好控制程序，并通过编译链接，程序无误后加载到实验系统进行调试。

3．调试运行：

通过调试使程序满足设计要求，记录调试过程中的现象、问题、处理方法、最后的结果。

八．实验报告：

报告正文内容：

1．实验电路工作原理分析；

2．控制方案说明，程序结构说明；

3．数据记录表和有关曲线；

4．调试分析及总结；

附件：

1．程序流程图；

2．程序清单（须注释）；

3．异常情况记录；

九．附图和附表：

1．附图：

附图1a．CPU板原理图——基础电路

附图1b．CPU板原理图——时钟电路

附图1c．CPU板原理图——地址及读写逻辑

附图1d．CPU板原理图——外围电路

附图1e．CPU板原理图——接口插件（DB50插件）

附图2AEDK-ACT实验扩展板附图3AEDK-ACT实验扩展板接线图

附图4温控单元电路原理图

附图5电炉控制及驱动电路（74LS237.13—2003.12）原理图

附图6模数转换单元（B5）原理图

附图7.电位器模块（C4）原理接线图