文檔介紹：

目錄

第一部分設計任務及方案

1、設計題目及要求

2、設計方案分析論證

第二部分方案各模塊分析

1、被控對象分析

2、測量元件熱電阻及前置放大電路

3、A/D轉換器

4、控制器(單片機)

5、光隔驅動器

第三部分數字控制器D(Z)的設計

1、數字控制器D(Z)

2、程序流程圖設計

第四部分可靠性和抗干擾性的分析

第五部分心得體會

設計任務及方案

1.1 設計題目及要求

1、針對一個具有大純時延時間的一階慣性環節()溫度控制系統和給定的系統性能指標(工程要求相角裕度為30~60,幅值裕度>6dB);要求測量范圍-50℃~200℃,測量精度0.5%,分辨率0.2℃;

2、書面設計一個計算機控制系統的硬件布線連接圖,并轉化為系統結構圖;

3、選擇一種控制算法并借助軟件工程知識編寫程序流程圖;

4、用MATLAB和SIMULINK進行仿真分析和驗證;

對象確定:K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C), T=rand(1),考慮=0或T/2兩種情況。C為學號的后3位數,如C=325,K=115.7,T=0.9824,θ=0或0.4912。

5、進行可靠性和抗干擾性的分析。

1.2 設計方案分析論證

從設計要求分析,我們設計一個基于單片機的溫度自動控制系統即可達到設計要求。整個系統以單片機(控制器)為核心,選用光隔驅動器驅動電熱絲加熱,由熱電阻PT100檢測然后經過前置放大電路輸入A/D轉換器,控制器。以此構成閉環控制系統,溫度能根據設定值自動調節。

數字量給定

控制器

光隔驅動

被控對象

測溫元件

前置放大電路

A/D

輸出

圖1 方案總體框圖

二、方案各模塊分析

2.1 被控對象分析

大純時延時間的一階慣性環節()

對象確定:K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C), T=rang(1),

考慮=0或T/2兩種情況

C為學號的后3位數,如C=325,K=115.7,T=0.9824,θ=0或0.4912

現取C=359,由MATLAB計算得:

c=359;

K=10*log(c*c-sqrt(c))

rand('state',c);

T=rand(1)

>> K =117.6650 T =0.0510 =0或0.0255

所以G(s)= 或

2.2 測量元件(熱電阻)電路及前置放大電路

2.2.1 測量元件選型

測量元件選用熱電阻,熱電阻溫度計是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。作為測溫敏感元件的電阻材料,要求電阻與溫度呈一定的函數關系,溫度系數大,電阻率大,熱容量小。在整個測溫范圍內應具有穩定的化學物理性質,而且電阻與溫度之間關系復現性要好。常有的熱電阻材料有鉑、銅、鎳。成型儀表是鎧裝熱電阻。鎧裝熱電阻是將溫度檢測原件、絕緣材料、導線三者封焊在一根金屬管內,因此它的外徑可以做得較小,具有良好的機械性能,不怕振動。同時具有響應時間快、時間常數小的優點。鎧裝熱電阻除感溫元件外其他部分都可制纜狀結構,可任意彎曲,適應各種復雜結構場合中的溫度測量。熱電阻在化工生產中應有最廣泛。它的優點:測量精度高;再現性好,又保持多年穩定性、精確度;響應時間快;與熱電偶相比不需要冷端補償。缺點是:價格比熱電偶貴;需外接電源;熱慣性大;避免使用在有機械振動的場合。

熱電阻具體選型本系統選擇了PT100,溫度傳感器PT100是一種穩定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在-200℃至 650℃的范圍。本系統要求測量的范圍是-50℃~200℃,所以足夠滿足測量要求。

PT100參數介紹:

Pt100溫度傳感器為正溫度系數熱敏電阻傳感器,主要技術參數如下:

1) 測量范圍:-200℃~+850℃;

2) 允許偏差值△℃:A級±(0.15+0.002│t│), B級±(0.30+0.005│t│);

3) 最小置入深度:熱電阻的最小置入深度≥200mm;

4) 允通電流≤ 5mA。

另外,Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好,在0~100攝氏度之間變化時,最大非線性偏差小于0.5攝氏度。

2.2.2 測量電路及前置放大電路

由于PT100溫度傳感器輸出是mV級別,所以需要經前置放大電路后輸入A/D轉換器。

圖2 傳感器電路

R2、R3、R4和 Pt100組成傳感器測量電橋,為了保證電橋輸出電壓信號的穩定性,電橋的輸入電壓通過 TL431穩至2.5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運放放大后輸入單片機。電橋的一個橋臂采用可調電阻R3,通過調節R3可以調整輸入到運放的差

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總結

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