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依据单片机的电加热炉温度操控体系规划
发布时间:2021-08-26 05:04:37 来源:乐鱼体育注册app在线 作者:乐鱼下载官网地址

  跟着科学技术的开展和工业生产水平的进步,已经在冶金、化工、机械等各类工业操控中得到了广泛应用,而且在国民经济中占有无足轻重的位置。关于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特色的操控目标,很难用数学办法树立准确的数学模型,因此用传统的操控理论和办法很难到达好的操控作用。

  单片机以其高牢靠性、高功能价格比、操控便利简略和灵敏性大等长处,在工业操控体系、智能化仪器仪表等许多范畴得到广泛应用。选用单片机进行炉温操控,能够进步操控质量和自动化水平。

  本体系的单片机炉温操控体系结构首要由单片机操控器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控目标组成。如图1所示。

  炉温信号T经过温度检测及变送,变成电信号,与温度设定值进行比较,核算温度差错e和温度的改动率de/dt,再由智能操控算法进行推理,并得操控量u,可控硅输出部分依据调理电加热炉的输出功率,即改动可控硅管的接通时间,使电加热炉输出温度到达

  以AT89C51单片机为该操控体系的中心,完成对温度的收集、检测和操控。该体系的作业流程如图2所示。体系由变送器经A/D转化器构成输入通道,用于收集炉内的温度信号。

  变送器能够选用DBW,类型,它将热电偶信号(温度信号)变为0~5 V电压信号,以供A/D转化用。转化后的数字量与炉温数字化后的给定值进行比较,即可得到实践炉温文给定炉温的差错及温度的改动率。炉温的设定值由BCD 拨码盘输入。由AT89C51构成的中心操控器按智能操控算法进行计算,得出所需求的操控量。由单片机的输出经过调理可控硅管的接通时间,改动电炉的输出功率,起到调温的作用。

  a)微型核算机的挑选:挑选AT89C51单片机构成炉温操控体系。它具有8位CPU,3 2根I/O线 kB片内ROM存储器,128 kB的RAM存储器。AT89C51对温度是经过可控硅调功器完成的。在体系开发进程中批改程序简略,能够大大缩短开发周期。一同,体系作业进程中能有效地保存一些数据信息,不受体系掉电或断电等突发状况的影响。AT89C51单片机内部有128 B的RAM存储器,不行本体系运用,因此,选用6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。

  b)热电偶的挑选:本规划选用 DBW型热电偶--镍络-镍硅(线性度较好,热电势较大,灵敏度较高,稳定性和复现性较好,抗氧化性强,价格便宜)对温度进行检测。因为温度对错线性输出的,而与输入的mV信号成线性联系,所以在软件上将此非线性联系加以批改,以便正确反映输入mV信号与温度之间的联系。ADC0809把检测到的接连改动的温度模仿量转化成离散的数字量,输人到单片机中进行处理。

  c)键盘输入的挑选:选用4片BCD拨码盘作为温度设定的输入单元,输入规模为0~9999,可满意本体系的要求。每位BCD码盘占4条线可编程并行I/O扩展口。4片BCD码盘占8255的 A、B两口,8255作业方法设为0 方式,A、B两口均为输入方法。开机后,CPU读8255口操作,即可将BCD码盘的设定温度读入并存人相应的存储单元。

  d) 显现器的挑选:选用字符型LCD(液晶显现器)模块TC1602A,而且它把LCD操控器、ROM和LCD显现器用PCB(印制板)连接到一同,只要向 LCD送人相应的指令和数据便可完成所需求的显现,运用特别便利灵敏。第1行显现设定温度,第2行显现实践温度,这样,温差一望而知,便利操控。

  本体系的应用程序首要由主程序、中止服务程序和子程序组成。主程序的使命是对体系进行初始化,完成参数输入,并操控电加热炉的正常运转。主程序首要由体系初始化、数据收集及处理、智能推理等部分组成。体系初始化包含设置栈底、作业寄存器组、操控量的初始值、采样周期、中止方法和状况、守时器的作业方法以及8255的初始化、TC1602A的初始化等。数据收集及处理首要包含实时收集电加热炉的炉温信号,核算出实践炉温与抱负值的差值以及温差的改动率,并对炉温信号进行滤波和限幅处理。主程序如图3所示。

  中止服务程序完成守时采样和输出操控。AT89C51共有6个中止源:2个外部中止、2个守时器溢出中止及2个串行中止。

  子程序首要有采样子程序、数字滤波子程序、操控算法子程序、数字转化子程序、显现子程序等。在采样程序中包含对A/D发动、读作用及把A/D作用转化成为实践温度值。因为热电偶自身的非线性及模仿输人通道存在的非线性,需求将A/D值与温度值之间对应联系以表格方式存于EPROM中。数字滤波子程序是将 A/D转化成的数字量提取有用的量,一方面经过TC1602ALCD模块显现出来;另一方面将该温度值与被控温度值进行比较,依据其差错值的巨细及温度的改动率,经过智能操控器来改动可控硅管的接通时间,然后到达改动电加热炉的输出功率,即操控算法子程序是操控器中最重要的一部分,它的原理将在第4节介绍。

  考虑到电加热炉是一个非线性、时变和散布参数体系,所以本文选用一种新式的智能操控算法。它充沛汲取数学和自动操控理论作用,与定性常识相结合,做到扬长避短,在实时操控中获得较好的作用。

  本体系的智能操控器由数据库、常识库、推理机、学习环节、批改环节和黑板组成。数据库中寄存各个时间的采样值y(k)、差错e(k)、操控量u(k)和生成操控量u(k),所用的操控规矩序号、每条操控规矩的加权系数a都是以数组的方式寄存。

  常识库中常识由发生式规矩生成,其规矩集都是按次序排列的。当求得差错e(k)和被调整量y(k)后,凭借黑板进行正向推理,从上到下次序地查找常识库中的匹配方式,一旦找到匹配规矩,即可求出操控量u(k)。

  学习进程是经过批改规矩加权系数a,使各种操控规矩发生的操控量随环境和操控量作用改动进行批改,然后完成自学习的功用。因为被操控目标具有d步时延,因此,y(k)是由(k-d)时间及其曾经一切操控量作用的作用,则应批改操控量u(k-d)的操控规矩所对应的操控规矩加权系数a[num(k- d)]。

  体系炉温操控进程是一个慢进程,一般采样距离长,在此距离时间内,被控目标或许受内部参数改动或随机搅扰影响,因此町能导致(k+1)时间宣布的操控量使操控作用变差,影响体系的操控功能。为弥补这一缺乏,这儿引进动态批改环节为:

  本体系以单片机AT89C51为中心,它具有高牢靠性、高功能价格比、操控便利简略和灵敏性大等长处。操控器选用新式的智能操控算法,冈而体系升温快,控温精度高,稳态差错可达±5℃以内,满意体系要求。整个体系操作简洁,抗搅扰能力强、运转牢靠。