科 技 学 院
课程设计报告
( 2013 -- 2014年度 第 2 学期)
名 称： 计算机控制系统A 题 目： 院 系： 动力工程系 班 级： 自动化11K×班 学 号： 学生： 指导教师： 设计周数： 1周
成 绩：
日期： 2014 年 7 月 11 日
基于Smith-PID电阻炉温度控制系统
一、课程设计(综合实验)的目的与要求
设计目的
用SMITH-PID控制器控制电阻炉。避免因为延时过大造成的控制误差过大 设计要求
设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下： 1.电阻炉温度控制在0~500℃；
2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；
3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃； 4. 采用Smith-PID数字控制算法，要求误差小，平稳性好； 5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。
2方案设计
本系统是一个典型的温度闭环控制系统，需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度控制、报警等。温度的设定和显示功能可以通过键盘和显示电路部分完成；温度检测可以通过热电阻、热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现；温度控制可以采用可控硅电路实现。
系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘显示功能。8051片除了128KB的RAM外，片又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了成本。因此89C51可以完成设计要求。
系统建模和数字控制器的设计
PID调节是连续系统术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数字PID完全可以
代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID控制算法。系统的结构框图如图3-1所示：
3.2数字控制器的设计
具有一阶惯性纯滞后特性的电阻炉系统，其数学模型可表示为：
Ke??s G(s)?
T1s?1采用离散Smith预估控制系统。该系统框图如下
设包括零阶保持器在的广义被控对象传递函数为
??sh(s)G(s)?G(s)e10
1?e?TSk1e??s??sT1s?1
式中：T为采样周期，并设m=纯滞后补偿器的传递函数为
?(取整数)。 T
计算机控制技术课程设计。基于某PID-电阻炉温度控制系统
