水箱温度控制系统设计及算法研究+源程序(2)
本次温度控制系统的工作过程是：通过接口板卡的AI口采集温度传感器测量的水箱温度，与期望水温进行比较得到偏差，通过C++编写PID控制算法计算控制量，然后通过接口板卡的DO口发出控制信号，控制固态继电器的开断以控制加热器工作，进而调节水箱水温。在日常生产与科学实验中，温度控制极为普遍且具有典型意义。对于温度过程这一时变的非线性纯滞后系统，应该设计相对应的PID控制算法才能达到比较良好的控制效果[3]。论文中采用的增量式PID算法只与最近几次的采样值相关，具有减小超调，保证系统稳定性的特点，对于温度控制容易获得更好的控制效果。论文研究成果对生产与实验中的各类温度控制，如浴室的水温控制，鱼缸的水温控制具有很大的借鉴意义。
1.2 过程控制的发展概况
进入90年代，自动化技术得到了飞快的发展，并在工业生产中取得到广泛应用，成为了国家高科技的重要分支，过程控制作为自动化技术的重要组成部分，在优化技术经济指标、提高劳动生产率和经济效益、节能、改善劳动状态等方面起着不可忽视的作用[4]。
在本世纪40年代前后，工业生产以手工操作为主，工人凭经验去控制生产过程中的各种参数，所以劳动生产率非常的低。40年代之后，生产过程自动化速度非常快，过程控制技术也是更为迅速的发展，其发展的历史大概分下列几个阶段：
50年代前后，过程控制开始起步，部分工厂实现仪表化和局部自动化。
在60年代，随着工业生产的飞速发展，需要更加良好的过程控制技术。并且电子技术的高速发展成为了自动化技术工具完善的条件。计算机控制系统开始在过程控制领域得到应用，工厂企业完成了对车间或大型装置的集中控制。
70年代以来，现代化工业的迅速发展刺激仪表和硬件的开发，微型计算机的出现促使工业过程自动化向一个新的高度发展。依赖计算机系统的多参数综合控制和多计算机对参数进行控制和管理成为生产中的主要部分。70年代中期更是出现了集散控制系统，这种新系统提供分级管理，可以消除全局的故障部分，可以方便灵活的实现各种新型控制规律与算法的应用。
1.3 论文结构
论文包含4章，章节安排如下：
第1章 介绍了温度控制系统的研究背景、研究意义及过程控制的发展概况。
第2章 介绍了温度控制系统的硬件平台，包括温度控制系统结构，各组成部件的技术参数，加热器和固态继电器的选型，以及实验中遇到的问题及解决方法。
第3章 介绍了温度控制系统的算法设计，包括软件平台的配置、PID控制算法理论、控制算法流程、及关键程序说明。
第4章 进行了温度控制系统实验，对不同PID参数下的控制结果进行了分析，最后对控制算法进行优化，改善了控制性能。
2 温度控制系统硬件平台介绍
2.1 温度控制系统的结构方案
所设计的温度控制系统的原理结构图如图2.1所示。首先由温度传感器测量水箱中水的温度，转换成标准电压信号后，通过USB-4711A接口板卡的AI口送入计算机。在计算机中，比较设定温度与实测温度得到误差，通过PID控制器计算出控制量，再经USB-4711A接口板卡的DO口输出高低电平，控制继电器的开断，达到控制加热器工作的目的，进而完成对水箱水温的调节[5]。
图2.1 温控系统系统原理结构图
水箱温度控制系统的方框图如图2.2所示，这是一个典型的单回路闭环控制系统，通过反馈克服温度偏差，最终使温度达到设定值[6]。
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