课程设计说明书题目：温度控制系统的设计与实现学生姓名：学院：电力学院系别：自动化专业：自动化班级：指导教师：二〇一年一月十四日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机控制系统课程设计学院：电力学院班级：自动化07-3班学生姓名：石鑫学号：指导教师：刘磊李志明摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。
温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。
温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。
本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。
关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述..........................................................................................................................................1.1 题目背景及应用意义...........................................................................................................1.2 本文内容及工作安排 (1)第二章系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） (3)2.1 系统组成 (3)2.1 被控对象分析（被控对象数学建模） (5)第三章控制策略设计及仿真研究 (11)3.1 控制策略设计 (11)3.2 仿真研究 (15)第四章控制策略实现 (18)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)4.2 力控软件 (18)4.3 运行结果分析 (20)第五章总结 (22)参考文献 (23)第一章概述1．1 题目背景及应用意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。
一个由计算机技术为标志，包括新材料、宇航、生物工程、海洋工程等多种学科在内的新技术革命正在兴起。
伴随着科学技术的发展，计算机技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用计算机和温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到实时温度检测和控制。
温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械等工业中，具有举足重轻的作用，因此,温度控制系统是典型的控制系统。
对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。
不同的应用部门对温度控制系统品质有不同的要求，并选用不同类型的调节器。
如果精度要求不高，可采用两位调节器，一般情况下多采用PID调节器。
高精度温度控制系统则常采用串级控制，串级控制系统由主回路和副回路两个回路构成，具有控制精度高、抗干扰性好、响应快、动态偏差小等优点，常用于干扰强且温度要求精确的生产过程，如化工生产中反应器的温度控制。
1．2 本文内容及工作安排1．系统组成分析认真阅读设计中用到的实验装置的实用说明书，分析温度控制系统的组成、工作原理、特性参数。
2．控制方案制定制定温度控制系统的控制方案，包括采用何种控制策略控制、使用何种软件环境实现、计划达到何种控制效果。
3．温控对象的数学建模建立电热水壶的数学模型。
4．控制策略设计及仿真研究设计温度控制系统的控制策略，并在Matlab/Simulink环境下仿真研究，得到较为满意的结果。
5．控制策略实现将设计的控制策略在组态软件下实现，同时实现输入输出数据显示和曲线绘制、过程动画组态等功能。
课程说明书分五章对本次课设内容进行系统阐述，第一章简略描述了本次课设内容“温度控制系统的设计与实现”知识背景及应用意义，并对本次课设的工作内容进行了详细的介绍。
第二章介绍了系统的基本组成以及被控对象的数学建模过程。
第三章主要阐述设计控制策略或控制算法的全过程，阐述设计控制策略或控制算法设计好后，在Matlab/Simulink环境下仿真模型建立、从仿真结果分析控制策略的性能、仿真中反映的一些问题及解决措施等主要内容。
第四章主要讲述仿真验证后的控制策略或控制算法在力控组态环境下的组态实现过程，对控制策略或控制算法在力控组态环境下的组态实现后，进行实物控制的结果分析。
第五章对课设全过程进行总结和分析，进行梳理和整合。
第二章被控对象数学建模2．1 系统组成温度控制系统的组成部件：电热水壶----充当被控对象；热电偶----完成壶内温度测试；固态继电器----通过计算机输出的控制信号使其通断，进而使整个加热系统工作或者停止；Pci8333板卡及计算机----整个控制系统的核心部分完成模数转换及PID 控制等。
实验实物图如图2-1所示。
图2-1 实验实物图1．电热水壶额定电压：220V，额定功率：1500W，工作频率：50Hz，直径：24CM，容量：5L。
2．热电偶热电偶是根据热电效应制成的一种测温元件。
它结构简单，坚固耐用，使用方便，是应用很广泛的一种测温元件。
热电偶由两种不同成份的导体两端经焊接形成回路，直接测温的一端叫工作端，另一端温度保持一定叫冷端，亦称参考端，因为两种不同金属的自由电子密度不同，当两种金属接触时在两种金属的交界处，就会因电子密度不同而产生电子扩散，扩散结果在两金属接触面两侧形成静电场即接触电势差。
这种接触电势差仅与两金属的材料和接触点的温度有关，和热电极的长度、直径无关，温度愈高，金属中自由电子就越活跃，致使接触处所产生的电场强度增加，接触面电动势也相应增高，热电偶的热电动势将随着测量端温升增大。
热电偶产生的温差电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势造成的。
热电偶原理图如图2-2所示。
图2-2 热电偶原理图本设计采用WRNK-191型号的热电偶，分度号为K，其中各字母和数字分别代表：W代表温度仪表，R代表热电偶，N代表测温元件材料，即镍铬-镍硅，K代表铠装式，1代表安装固定形式无固定装置，9代表自由端带补偿导线，1代表工作端形式为绝缘式。
在本设计中由于采用TC001温度控制单元作为变送器，因为温度控制单元本身已经集成了冷端补偿器，所以无须再额外增加补偿线路。
3．固态继电器固态继电器(Solid?State?Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路与负载回路的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。
虽然固态继电器型号规格很多，但它们的工作原理基本相似。
主要由输入电路，驱动电路和输出电路三部分组成。
4．中泰PCI-8333PCI-8333 多功能模入模出接口卡适用于提供了PCI 总线插槽的PC系列微机，具有即插即用（PnP）的功能。
其操作系统可选用目前流行的Windows 系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW 等软件环境。
在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。