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温度是工业生产中常见的物理量,温度控制的好坏有时会直接影响到工业产品的质量。电阻炉是工业生产中重要的加热设备,如何利用自动控制系统有效的控制电阻炉的温度,以便提高产品质量是目前温度控制系统一个重要的研究课题。
本文设计的是一种以电阻炉为控制对象的嵌入式温度控制系统。首先介绍计算机温度控制系统,然后根据温度控制系统的特点和设计要求,探讨了合适的控制算法。常规PID控制器由于结构简单、实现容易,在工业中被广泛应用,但传统的PID控制由于控制对象和环境的不确定性,难以达到满意的控制效果。对于时滞系统,Smith预估控制是一种有效的补偿方案,但其对参数变化较为敏感。模糊控制的优势在于不需要对象的精确数学模型,对于参数波动和负载干扰的影响也能很好工作。在对控制系统分析的基础上,通过建立温度控制系统的数学模型,结合Smith预估控制、PID控制和模糊控制理论提出了模糊PID控制策略。它将模糊控制与传统的PID控制相结合,使得温度控制系统能更好地适应温度变化,并且有更好的鲁棒性。本文详细介绍了控制器的设计过程,如结构的确定,参数的选择与计算,隶属函数的确定,模糊控制表的建立等等。然后利用MATLAB中的Simulink仿真模块建立仿真模型,由仿真结果表明,模糊PID控制策略具有很好的动态和静态性能。
最后对本控制系统的硬件进行设计,它分为MCU核心模块、A/D转换模块、数据存储模块、PC机通讯模块、PWM输出模块等。首先对MSP430芯片做了介绍,然后具体介绍了各个模块电路的设计。