基于PID电加热炉温度控制系统设计
纪和增
摘要电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。关键字PID；电加热炉；温度控制系统；单片机
1绪论
在本控制对象电阻加热炉功率为8可W，由220V交流电供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50350C，保温阶段温度控制精度为正负1度。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象问温控数学模型为：
GsKdesTds1
其中：时间常数Td350秒，放大系数Kd50，滞后时间10秒，控制算法选用改PID控制
实时温度采样
单片机
显示设定值
设定温度
电源控制
电阻加热炉
图11系统总体结构图
1
f2控制系统的建模和数字控制器设计
数字PID控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样数据控制系统。进入计算机的连续时间信号必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
rePID位置算法u受控对象y
图21位置PID控制算法简化示意图
在数字计算机中，PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID算法离散化，将描述连续时间PID算法的微分方程，变为描述离散时间PID算法的差分方程。
T1t0edTsiT
ej
j0
k
用矩形积分时，有
TddetTDekek1dtTS
（1）
用差分代替微分
ukKpekTsTi
ejT
j0
k
k
TD
S
ekek1u0
（2）
由上式得
ukKpekK1ekKDekek1u0
j0
3
式中u0控制量的基值，即k0时的控制；uk第k个采样时刻的控制；KP比例放大系数；KI积分放大系数；
2
fKI
Kr