基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109634319A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201811440932.2(22)申请日2018.11.29(71)申请人南通大学地址226019江苏省南通市啬园路9号(72)发明人杨奕高龙顾海勤任晓琳梅天祥陈建波韩青青于婧雅(74)专利代理机构南通市永通专利事务所(普通合伙)32100代理人葛雷(51)Int.Cl.G05D23/20(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法(57)摘要本发明公开了一种基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法，包括PID控制器设计：控制系统采用智能控制算法，即PID控制算法，通过对于设定温度和实际温度的差值的比列，微分，积分三者结合得到的算法结果来控制执行机构的执行状态，从而可以让控制系统中的控制时间，超调量，滞后反应以及最后的稳定程度都能有较明显的改善。本发明系统具有整体结构简单、温度控制的精度较高、实时性好、功能稳定可靠等优点，具有广泛的应用价值。CN109634319ACN109634319A权利要求书1/2页1.一种基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法，其特征是：将温度设定值和DS18B20检测得到的温度反馈值得到的偏差送入控制电路部分，然后单片机通过PID算法对偏差处理获得控制信号，再去调节电加热炉的加热功率，从而实现对炉温的控制；系统运行的时间通过定时器中断定时，用户可以通过键盘对设定时间和设定温度进行设置，采集到的实时温度、时间和设定的温度都通过LCD1602显示；PID控制器设计：控制系统采用智能控制算法，即PID控制算法，通过对于设定温度和实际温度的差值的比列，微分，积分三者结合得到的算法结果来控制执行机构的执行状态，从而可以让控制系统中的控制时间，超调量，滞后反应以及最后的稳定程度都能有较明显的改善；搭建数学模型：选用：作为电加热炉温度系统的数学结构模型；式(1)中：G(s)为系统输入与输出总热量之比；s为时间t经过拉氏变换后对应的参数；k为放大系数；T为过程时间常数；τ为纯滞后时间；(a)k的求法：k可以用下式求得：式(2)中：Δu为阶跃输入幅值；y(∞)为响应稳态值；y(0)为响应初始值；(2)过程时间常数T和滞后时间τ的求法如下：因为阶跃曲线上的拐点不容易确定，直接取阶跃响应曲线上所对应的t1和t2，再按下式计算滞后时间τ和过程时间常数T，即T＝2(t2-t1)；，τ＝2t1-t2。；t1和t2分别为不同温度所对应的时间；取的数据分别为：t1＝165,t2＝327,y(0)＝55.7,y(∞)＝75,输入控制量u＝5曲线趋于稳定后更改输入控制量u＝7,按照公式求得数据为：k＝10；T＝324；τ＝3。所以，传递函数为：那么，接下来进行用此数学模型进行MATLAB仿真来整定PID控制器的参数。2.根据权利要求1所述的基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法，其特征是：所述进行MATLAB仿真来整定PID控制器的参数，步骤如下：1)常规PID参数整定根据PID控制模型，利用SIMULINK灵活的非线性设计功能，可建立倒SIMULINK模型；温度设定为50℃，根据传递函数的各项系数，调节PID的各个参数，当Kp＝0.078、KI＝0.013、KD＝0.118的时候，运行SIMULINK模型，得到仿真曲线；当Kp＝5、KI＝0.02、KD＝5时得到最佳的控制效果；2)在不改变参数的情况下，给系统加一个干扰；未进行PID整定和加干扰后进行PID整2CN109634319A权利要求书2/2页定仿真曲线。3CN109634319A说明书1/7页基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法。背景技术[0002]随着科技的迅速发展，人们的生活水平日益改善，传统设备的利用已经不能满足人民日益增长的美好生活的需要，以至于对设备的智能化要求越来越高，温度控制领域就是一个研究的热点。市场上，对温度参数控制的目前还大多处于传统化手动式控制。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种温度控制的精度较高、实时性好、功能稳定可靠的基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法。[0004]本发明的技术解决方案是：[0005]一种基于PID控制的电加热炉智能温度控制系统设计方法，其特征是：将温度设定值和DS18B20检测得到的温度反馈值得到的偏差送入控制电路部分，然后单片机通过PID算法对偏差处理获得控制信号，再去调节电加热炉的加热功率，从而实现对炉温的控制；系统运行的时间通过定时器中断定时，用户可以通过键盘对设