自动化课设：温度控制系统设计与PID算法实现

"秦杰同学的自动化0602班级课设，由周申培老师指导，主题为温度控制系统设计，采用电阻炉作为被控对象，通过可控硅控制器调节电压控制温度，系统为积分加惯性，时间常数为40秒。任务包括硬件设计、积分分离PID算法编程、系统仿真、数据分析和设计说明书撰写。设计流程涵盖方案设计、硬件制作、程序编写、报告撰写等，整个过程在一周内完成。" 这个温度控制系统的设计是基于计算机控制的，主要目标是对电阻炉的温度进行精确控制。系统的核心是通过改变可控硅控制器的输入电压来调整电炉的加热功率，以此改变炉内的温度。由于温度传感器的输出与电炉温度成线性关系，也介于0到5伏之间，所以可以通过比较传感器的实时测量值与设定值之间的偏差，实现闭环控制。 在设计任务中，首要的是构建温度控制系统的硬件架构，包括温度传感器、A/D转换器、单片机、D/A转换器和功率放大器等组件。这些组件共同构成了一个反馈控制系统，其中热电偶检测到的温度信号经过转换后输入到单片机，单片机执行PID算法来计算控制信号，然后通过D/A转换器将数字信号转化为模拟电压，该电压控制可控硅的导通角，进而改变电阻炉的加热电压。 积分分离PID算法是控制策略的关键，它能有效平衡系统的响应速度和稳定性。学生需要编写程序，允许用户输入PID参数，如比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td和滤波时间T，以及β值，以适应不同的控制需求。 系统仿真阶段，学生需编写程序模拟被控对象的行为，这有助于理解系统动态性能，并分析不同参数变化对系统性能的影响，例如超调量。通过分析Td的变化，可以评估系统的稳定性与响应速度。 设计说明书的撰写是整个项目的重要组成部分，需详述设计目标、方案选择理由、硬件和软件设计细节、调试过程和结果分析，还包括参考文献和附录，如芯片资料和程序清单。 时间安排紧凑，从资料收集、硬件设计到程序调试，再到报告撰写，每个环节都有明确的时间节点，最后提交所有成果。这样的课程设计旨在锻炼学生的实践能力，提升他们解决实际问题的技能。