恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】

恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】,恒溫箱,溫度,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),采用,采取,采納,stc12c5a60s2,單片機(jī),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書,開題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 11223344D B 2016/6/1 E:\ \..\y:755300K,0K,00D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15)按鍵電路 02. 5過零檢測04. 加熱負(fù)載驅(qū)動電路05. 蜂鳴器驅(qū)動07. 熱電偶信號處理電路 電池儲能加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力 系統(tǒng)集成 . . 要 風(fēng)力發(fā)電，因其在電網(wǎng)的電網(wǎng)穿透率因而正在覆蓋到世界各地。由于其隨時(shí)間變化的性質(zhì)和造成穩(wěn)定性的問題，風(fēng)力發(fā)電是一直波動的，這種弱的互聯(lián)風(fēng)在電網(wǎng)的發(fā)電來源會直接影響電能質(zhì)量和它的可靠性，局部能源庫應(yīng)當(dāng)賠償波動功率和支持加強(qiáng)電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本文中提出了在電流控制模式下電壓源逆變器 (能，即通過直流總線的電池。風(fēng)力發(fā)電測量出風(fēng)速的變化，并儲存在蓄電池中，這個儲能直流電壓保持在整個剛性總線的電壓源逆變器上，所提出來的方案提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性和維護(hù)單位功率因數(shù)，它也可以運(yùn)行在電力系統(tǒng)的獨(dú)立模式 下，在風(fēng)力發(fā)電的功率交換和動態(tài)情況下的負(fù)載是可行的，在普通點(diǎn)耦合時(shí)能保持規(guī)范的電能質(zhì)量。它加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的薄弱電網(wǎng)部分，在這種控制策略評估動態(tài)條件使用測試模擬系統(tǒng)，結(jié)果通過比較，驗(yàn)證了控制器的性能。 關(guān)鍵詞 ： 能質(zhì)量； 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 在最近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為一種干凈的和取之不盡，用之不竭的新能源而備受關(guān)注的，風(fēng)力發(fā)電的普及率已經(jīng)在世界各地持續(xù)增加，電力發(fā)電可再生能源投資的增長速度也正在世界范圍內(nèi)增加，德國大約有 16%的電力來自風(fēng)能， 丹麥也有 12%電力來自風(fēng)能，美國正在計(jì)劃產(chǎn)生 20%的來自風(fēng)能的電力，印度是全球第五大風(fēng)能生產(chǎn)國，其在 2009年總風(fēng)電潛力估計(jì)為 45195兆瓦，裝機(jī)容量為 10925兆瓦。然而，風(fēng)電場輸出功率是波動的，并且會影響到互聯(lián)電網(wǎng) 。所以這就 需要一些措施來減少輸出波動率并保持在網(wǎng)格的電能質(zhì)量。 已經(jīng)做了很多評估研究試圖減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)有一些基于氫，電容器，電池儲能和超導(dǎo)磁儲能的形成研究。在日本，電池儲能被用于減緩風(fēng)電場穩(wěn)定短期波動輸出的變化，提出了大量的能量儲存為了提供所需設(shè)備去管理風(fēng)電波動，加強(qiáng)風(fēng)力吸收，實(shí)現(xiàn)節(jié) 省燃料成本，并減少 放的目的。提出的一種統(tǒng)計(jì)方法就是利用兩節(jié)電池儲能，其中風(fēng)力是用于一個充電電池儲存，而另一個是用于放電電池儲存，該控制方法是為電池充電狀態(tài)提出的，靜態(tài)補(bǔ)償器和儲能電池固定速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)提高了電能質(zhì)量和增加了穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電滲入到電力系統(tǒng) 將會增加對風(fēng)力變速的進(jìn)一步運(yùn)用以容納電力系統(tǒng)的最大功率，因此，它通過今天的電池儲能促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電池儲存能對充電放電快速反應(yīng)，使它在電力系統(tǒng)中作為一個恒定電壓源，當(dāng)風(fēng)速波動，特別是在高輸出低于正常運(yùn)行速度時(shí)，電池儲存是有效的，因此，輸出曲線平滑很大程度上取決于電池的儲能能力。 在本文中，該系統(tǒng)在加強(qiáng)電力系統(tǒng)上是高效和經(jīng)濟(jì)。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，電池儲存和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了電流電壓源逆變器的控制方式，位置控制器在模擬運(yùn)行是基于瞬時(shí)建模的，提出電能儲存的控制 系統(tǒng)有以下目標(biāo)： *在公共耦合總線的單位功率因數(shù) *風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功功率支持和電池負(fù)載 *在電網(wǎng)故障情況下獨(dú)自操作 本文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分介紹了廣義薄弱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第 3部分給出了系統(tǒng)配置加強(qiáng)了電力系統(tǒng)，第 4 部分提出了數(shù)學(xué)模型，第 5 部分介紹了系統(tǒng)的性能，第 6 部分是結(jié)論總結(jié)。 廣義風(fēng)力發(fā)電機(jī)接口系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對各側(cè)都有電壓，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所連接的總線是電力系統(tǒng)中的一個薄弱節(jié)點(diǎn)，它可以通過阻抗連接到強(qiáng)大的網(wǎng)格上，如圖 在廣義電力系統(tǒng)中，三相電源被對稱地發(fā)送，線電壓與 3 倍相電壓相等，并且總的三相功率恒定，電壓降阻抗可以寫成： 2= 3 （ 1） 其中 2是均方根 (壓， 在公共連接點(diǎn) （ ，風(fēng)電場和本地負(fù)載也連接起來，風(fēng)力連接的短路功率 Z/1k ? (2) 圖 1 風(fēng)力發(fā)電量的變化通過阻抗 Z 就會引起電流的變化，這些電流的變化又會引起電壓變化。在實(shí)踐中，使網(wǎng)絡(luò)連接短路比小于 可以避免的，因?yàn)樗黾恿穗妷翰▌颖环Q為弱網(wǎng)格。 阻抗 Z=R+遍存在的阻抗諧波為： Z h = R + (3) 其中 就是說，感應(yīng)電抗隨著頻率線性變化。 風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷的組合表示為 P+中 P 是有功功率， Q 是無功功率。無功功率則依賴于電壓和電流相位之間的移動，如式 （ 4） ： )PQ(??? (4) 風(fēng)力的無功功率對電壓 些影響依賴于本地負(fù)載和反饋的電網(wǎng)阻抗，因此，在風(fēng)能產(chǎn)生電力系統(tǒng)中使用能量儲存系統(tǒng)去強(qiáng)化弱電網(wǎng)是很有必要的。 3 該儲能加強(qiáng)了風(fēng)力產(chǎn)生的網(wǎng)格在電力系統(tǒng)上配置其工作原理和所述開關(guān)逆變器的控制策略，如圖 2所示： 圖 在這個系統(tǒng)中，電源電流的大小是通過瞬時(shí)電流源、功率變換器和負(fù)載來測定的，電池作為一種能源達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的，該風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被連接到不受控制的整流橋，其輸出電壓為可變直流，并且連接到電池儲存充電。該電池還可以從低需求的電 網(wǎng)中帶電，用于調(diào)峰需求，誤差電流可以在公共耦合點(diǎn)的網(wǎng)格注入電流控制電壓源逆變器。 利用該控制策略去加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖 3所示。 在實(shí)施控制策略并入電網(wǎng)系統(tǒng)過程中，直流環(huán)節(jié)需要通過功率變換器連接風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出是通過整流器的第一輪轉(zhuǎn)換，電池儲能系統(tǒng)的（ 直流電壓與參考值連接，它的誤差會被送入比例積分器，比例積分控制器的輸出被乘以一個基準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，因此，可以得到預(yù)期的參考電流 I*際電流可以通過電流傳感器從所需的參考電流檢測和削減出來，使誤差發(fā)送到滯后電流模式控制器生成開關(guān)模式。因此，這種控 制策略在電網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)逆變器中作為一種瞬時(shí)脈沖寬度調(diào)制的電流反饋控制方法（ 圖 圖 逆變器運(yùn)行的電流控制模式表現(xiàn)為： )'(L/i)R(?????（ 5） )'(Li/i)R(?????（ 6） )'(L/i)R(????? (7 ) C/)??? (8) 逆變器電壓，，和壓，ii,i 和是逆變器電流，通過和參考電流i*i,*i 和的比較獲得開關(guān)信號，，是實(shí)際的源電流，誤差電流ii,i ??? 和被應(yīng)用于滯后控制器，會對開關(guān)電源產(chǎn)生正確的信號，是開關(guān)進(jìn)行開和關(guān)的操作，直到電流超過或者低于有效值。在這種技術(shù)中，一種獨(dú)立的比較器用于驅(qū)動逆變器，一個三臂橋逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)用三變量邏輯開關(guān)函數(shù)表示，分別是S,S 和。滯后控制器相位 A 反轉(zhuǎn)得到開關(guān)函數(shù) )i(?的特性，這一特性構(gòu)成了所描述的磁滯回線。 2/S2/?? ???? （ 9） 其中， 1'A ?? 和 表示開關(guān)的狀態(tài)。 由于這種開關(guān)函數(shù)，逆變器用電源電流無諧波的方式將電流注入電網(wǎng)中。 注入的電流將會抵消一部分有反應(yīng)性的和高次諧波的負(fù)載電流，從而提高功率因數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，電網(wǎng)檢測并產(chǎn)生電流同步逆變命令，一個三相平衡電壓源在電網(wǎng)上被表示為： )120ts V)120ts V)ts ????????? （ 10） 因此，對于比較的參考電流必須來自源（電網(wǎng)）電壓，這些電流可以表示為： )2 4 0ts 2 0ts Ii)ts ?????? （ 11） 其中 確保了控制電流源是為了看正弦波時(shí)電源電壓是否平衡。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲能電池系統(tǒng)是最合適的，因?yàn)樗梢匝杆僮⑷牖蛘呶諢o功功率去穩(wěn)定電網(wǎng)，它還以非?？斓乃俣瓤刂七@些線路分布和傳輸系統(tǒng)。 風(fēng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述如下： 感應(yīng)發(fā)單機(jī)已用風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)就是從變速原動機(jī)發(fā)電，與同等級的其他機(jī)器相比，更適合高速運(yùn)行，便于維護(hù)，降低成本，電壓和頻率控制的電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率表示為： 3? (12) )3?? 是空氣密度， A(通過的渦輪葉片橫掃的區(qū)域，利用所有的風(fēng)能是不可能實(shí)現(xiàn)的，因而只能提取一部分的風(fēng)能，被稱為風(fēng)力渦輪功率系數(shù) 下式表示： (13) 其中 ? (14) 這也被稱為 這個系數(shù)可以表示包含速度 ? 和傾角的函數(shù) ? ，它是一個高度非線性的 ? 和 ? 的函數(shù)的功能，如果機(jī)械扭矩 應(yīng)用，可以很方便地生成系統(tǒng)，其中 ? 是計(jì)算渦輪轉(zhuǎn)速的。 bi e c hm e c h /? (15) 因此： )V,(fP w bi e c h ?? (16) pw in m e c h ??? (17) 其中， 位是 m/s。 圖 在逆變器中，電容器作為中間元件，減弱了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)如圖 3所示，使用來建模的電容器比電 感更加有效和昂貴。 b)in v(dc)in v(?? （ 18） 其中 C 是電路電容， 形）是整流后的直流測電流， 是逆變器直流側(cè)電流，如圖 5所示。 電池存儲連接到直流電網(wǎng)，由一個電壓源 一個內(nèi)部電阻 表，內(nèi)部電壓隨著電池充電而變化，終端電壓 ? （ 19） 保持足夠的直流鏈接級以滿足電壓逆變器是很有必要的。 （ 20） 到線中性的電壓逆變器電壓，交換頻率是 2輸出頻率是 50 是調(diào)制指數(shù)（ 因此，這個直流線性電路專門為 800V。 直流環(huán)節(jié)電容計(jì)算為： C ? （ 21） 在電池儲存的分析系統(tǒng)中，電池的數(shù)學(xué)模型是依賴于系統(tǒng)研究的，電池模型的數(shù)據(jù)目前是作為終端的行為而言：相似的短期模型是將電壓源 一個內(nèi)部電阻 聯(lián)起來研究的。電池的響應(yīng)時(shí)間是依賴于它的電氣參數(shù)，實(shí)際上的一般使用鉛酸蓄電池。在電池存儲的應(yīng)用上，直流環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上大量的電池串聯(lián)產(chǎn)生所需要的操作電壓。 在電壓源逆變器上，轉(zhuǎn)換器的每個開關(guān)都被表示為一個二進(jìn)制開關(guān)，該電阻的值是無限的，如果開關(guān)是關(guān)閉或者零或者是開啟的，那么該逆變器的輸出電壓方程可以如下書面表示過程： （ 22) 其中 對控制器的滯后型可以推導(dǎo)出逆變器的開關(guān)函數(shù)， B, 一 種從風(fēng)能中提取的電池能量儲存的風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案如圖 2 所示，它是在統(tǒng)集成模塊中模擬出來， 步發(fā)電機(jī)，負(fù)荷模型等，這是已經(jīng)建成的模擬系統(tǒng)，對于給定的系統(tǒng)仿真參數(shù)如表 1 中列出： 表 系統(tǒng)參數(shù) 規(guī)格 電源電壓 三相， 415V， 50源和線性電感 力發(fā)電機(jī)參數(shù)（感應(yīng)參數(shù)） 15015V ， 50=4 ， ， ，均風(fēng)速 5m/s 直流線性參數(shù) 直流線性電壓 800v， C=5 F? 整流橋參數(shù) 緩沖電阻 R=100? ， ， C=1 F? 逆變器參數(shù) 備，三臂橋類型 額定電壓： 1200V；正向電流： 50A；柵級電壓 +/遲開啟時(shí)間： 70遲關(guān)閉時(shí)間： 400耗 300W 電池存儲 直流電壓： 800v 接口變壓器 415 / 荷參數(shù) 三相 415v，非線性負(fù)荷 負(fù)載被認(rèn)為是一個非線性負(fù)載的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)的性能是為了改善電能質(zhì)量而進(jìn)行觀察，以及當(dāng)電源不可用時(shí)可以支持負(fù)載。這個逆變器開關(guān)打開時(shí)間是 源電流是 載電流是 變器的電流測量和無逆變控制器電路也在單機(jī)運(yùn)行模式中，從電源提供的電流是正弦，諧波等形式，該控制器系統(tǒng)如圖 6（ a）所示，系統(tǒng)負(fù)載電流如圖 6（ b） ，從逆變器注入的供電電流如圖 6（ c），間隔時(shí)間，負(fù)載電流將會是電源電流和逆變器電流相加。電網(wǎng)故障時(shí)間在 t=源電壓不可用，因此逆變器將會支持負(fù)載和利用風(fēng)能發(fā)電機(jī)電池儲能系統(tǒng)作為一個獨(dú)立模式。 圖 a），源電流（ b），負(fù)載電流（ c）逆變器電流 圖 a），直流電壓（ b），風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電流 （ c） 電池供應(yīng)電流（ d），充電電容放電 驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量和在直流線性電路上提供一個非控制接口，可變速感應(yīng)輸出發(fā)電機(jī)是速度依賴性的，將轉(zhuǎn)換輸出為直流電壓是很有必要的，直流環(huán)節(jié)電壓如圖 7（ a）所示，為了從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)換成實(shí)用的電力，產(chǎn)生的電力供給電池充電整 流器，這種控制策略保持了恒定的直流電壓的直流環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電流如圖 7（ b）所示，電池電流提供的電流如圖 7; （ c）顯示，充電和直流放電電容器如圖 7; （ d） 在模擬系統(tǒng)上放電深度是不考慮的。 力發(fā)電機(jī)的性能 感應(yīng)發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)是通過直流環(huán)節(jié)來進(jìn)行電力轉(zhuǎn)移的，風(fēng)力渦輪機(jī)是在 5m/s 風(fēng)速時(shí)操作產(chǎn)生的，電流和電壓分別顯示在圖 8的（ a）和（ b）中。 比例積分控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度時(shí)極快的，它糾正了測量變量和期望設(shè)定值之間的誤差， 確定反應(yīng)的電流誤差， 確定反應(yīng)的最近的誤差之和， 制器用來增加超調(diào)量的變化，沉降時(shí)間消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，模擬的傳遞函數(shù)為： （ 23） 控制器的性能如圖 9 所示，這是用于穩(wěn)定在分布式電網(wǎng)的電壓，電源電流保持與電源電壓同步，這表明了常見的耦合觀點(diǎn)上的功率因數(shù)，它滿足了電能質(zhì)量規(guī)范，同相電流源和電壓源的結(jié)果如圖 10所示。 圖 （ a） 三相電壓（ b）三相電流 圖 操作前后的電流波形可以分析電能質(zhì)量測量，傅里葉表示的波形分析是無需系統(tǒng)控制器，電源電流信號的總的諧波失真（ 圖 11（ a）所示，測量的 它的諧波順序如圖 11（ b）表示。 當(dāng)控制器是在開啟狀態(tài)時(shí)，在常見耦合下可以觀察電能質(zhì)量改進(jìn)，在操作中逆變器的放置和電源電流的波形如圖 12（ a），快速的傅里葉變換如圖 12（ b）所示。結(jié)果表明 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)已經(jīng)得到了大大的提高，無逆變控制器和國際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 2所示。 圖 圖 a）源電流和電流源的 a）源電流和電流源的 表 電流源諧波階 F 3 5 7 9 11 控制器 2 10 制器 際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn) 3 在電力系統(tǒng)中的加強(qiáng)風(fēng)力能源儲存方案不僅能改善電能質(zhì)量還支持實(shí)際的無功功率負(fù)載。 本文提出了風(fēng)能提取方案與接口的電池儲能系統(tǒng)的有功和無功功率的交換電流控制模式去支持負(fù)載功率，滯環(huán)電流控制器是用來產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號的這樣一種方式，它將注入電流分布系統(tǒng)。該方案保持的單位功率因數(shù)和諧波源電流是在分布式網(wǎng)絡(luò)共同連接的，風(fēng)力發(fā)電的交換是在直流母線的能量儲存和提供的穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)節(jié)的，這也使得在負(fù)載的瞬時(shí)需求中得到實(shí)際的潮流，這些建議是控制系統(tǒng)適用于快速注射或者吸收無功 /實(shí)際電力系統(tǒng)的功率流，電池能量儲存系統(tǒng)提供了快速的響應(yīng)，提高了風(fēng)電波動輸出下的性能，并且也提高了電壓穩(wěn)定性，該方案提供了一個選擇， 在可利用的風(fēng)能中選擇最經(jīng)濟(jì)的實(shí)際負(fù)載功率，電池、傳統(tǒng)的資源和系統(tǒng)支持去加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的規(guī)范。 光刻投影鏡頭多閉環(huán)溫度控制系統(tǒng) 摘 要 圖像質(zhì)量是光學(xué)光刻工具的最重要指標(biāo)之一， 尤其易 受溫度 、 振動和投影鏡頭（ 染 的影響 。本地溫度 控制的 傳統(tǒng)方法更容易引入振動和污染， 因此研發(fā) 多閉環(huán) 溫度控制系統(tǒng)來控制 部 溫度，并隔離振動和污染 的影響 。一個新的遠(yuǎn)程間接溫度 控制（ 案 ，提出了 利用 冷卻水 循環(huán)完成對 間接溫度控制 。嵌入溫度 控制 單元（ 的 加熱器和冷卻器 用于控制 冷卻水的溫度 ，并且， 須遠(yuǎn)離 避免震動和污染的影響。 一種包 含 一個 內(nèi)部 級聯(lián) 控制 結(jié)構(gòu)（ 一個外部 并行 串 聯(lián) 控制 結(jié)構(gòu) （ 新 型 多 閉環(huán) 控制結(jié)構(gòu) 被用來 防止大慣性， 多重遲滯 ， 和統(tǒng)的多重干擾。 一種非線性比例積分（ 算法應(yīng)用，進(jìn)一步提高收斂速度和控制過程 的 精度。不同的控制回路和算法的對比實(shí)驗(yàn) 被用來驗(yàn)證對控制性能的影響。結(jié)果表明，精度達(dá)到 規(guī)格 的 多閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)收斂 率 快 ，魯棒性強(qiáng) ，自我適應(yīng)能力好。 該方法已成功地應(yīng)用于光學(xué)光刻工具，制作了 臨近尺寸 （ 100 納米的模型 ，其 性能 令人滿意。 關(guān)鍵詞 ：投影鏡頭，遠(yuǎn)程間接溫度串級控制結(jié)構(gòu)，并行串 連 控制結(jié)構(gòu)，非線性比例積分（ 算法 1 簡 介 由于集 成電路縮小，更小的臨界尺寸（ 求，生產(chǎn) 過程 的控制越來越嚴(yán)格。作為最重要的制造 工藝 設(shè)備，先進(jìn)的光學(xué)光刻工具需要更 嚴(yán)格 的微控制環(huán)境， 如 嚴(yán)格控制其溫度 、 潔凈度 、 氣壓 、 濕度等 。 溫度波動，特別是導(dǎo)致圖像失真 和 平面圖像轉(zhuǎn)變，成為 了 光學(xué)光刻工具對圖像質(zhì)量影響的 一個 關(guān)鍵因素。投影鏡頭 (的 溫度 精度要求一個光刻工具 在接近 制造 一個小于 100 模型 。另外 需要 部溫度 收斂 率 快 以降低光刻技術(shù)的所有權(quán)（ 的成本 . 然而，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo) 是 一個很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榧訜崞骱屠鋮s器 控制溫度 要求操作遠(yuǎn) 離 否 則其性能 將被它們的 振動和污染 所破壞 。另一個原因是， 部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它 包含數(shù)十個鏡頭 ， 會導(dǎo)致幾個小時(shí)慣性，所以 部的溫度反應(yīng)相當(dāng)緩慢， 并 需要 很長時(shí)間去調(diào)整適應(yīng) 。 因此，一個 新的結(jié)構(gòu)和控制算法 是 部 溫度 控制的必要和重要部分。 許多溫度控制結(jié)構(gòu) 已經(jīng)被提出了。 著名的經(jīng)典 方法之一是被 廣泛應(yīng)用于 簡單或低精度 溫度控制 系統(tǒng)的 單閉環(huán)回路控制 結(jié)構(gòu) 。當(dāng)被控對象變得更加復(fù) 雜或 產(chǎn)生分布式干擾 時(shí)， 串級控制結(jié)構(gòu)（ 的 提出改善 了 精度和收斂 率 。預(yù)測前饋控制結(jié)構(gòu)已被證明具有更好的 滯后 系統(tǒng)性能。另一種有效的方法 ， 并行串級控制結(jié)構(gòu)（ 也 開發(fā)了具有 延遲 分布 式干擾的系統(tǒng) 。但 是 上述使用方法，很難實(shí)現(xiàn) 部溫度 控制的 高精確度和 快 收斂 率 。 在此， 本文 提出了一種新的方法，即多 閉 環(huán)溫度控制 系統(tǒng)，含有一個內(nèi)部 一個外部 文 大致分為四個 部分。 第一部分解釋了一個 遠(yuǎn)程 間接溫度控制 方法的應(yīng)用。 第二部分 是一個 多 閉環(huán)回路 溫度控制結(jié)構(gòu) 的分析。 第三部分，一個雙 進(jìn) 雙出非線性比例積分（ 法 的提出用來提高控制過程的收斂速度和精度。 在文章的最后一 部分 ，對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性 這種顯示 ，最后，給出了 結(jié)論。 2 遠(yuǎn)程間接溫度控制方法 為了防止 震動和污染影響 性能 ，一個 遠(yuǎn)程 間接溫度控制 的方法被提出來 控制部溫度 。 不同于傳統(tǒng) 的 直接加熱和冷卻控制對象 的方法 ，它 借助于冷卻水和冷卻套間的熱交換使 部溫度恒定。 冷卻水通過長距離管道由 送 至冷卻外殼。水箱 、 溫度傳感器 、 溫度控制器 、 加熱器 、 冷卻器 和 泵 組成。 它用于 調(diào)節(jié)冷卻水的溫度以達(dá)到需求值 。 光刻工具放置在不同的潔凈室，如圖 1 所示 。 理論上，這種方法屬于開 環(huán) 結(jié)構(gòu) 。 除了 他光刻技術(shù) 的部分 ，如晶圓 階段 、 標(biāo)線的階段 、 標(biāo)線交接 、 晶圓移交等， 都在操作時(shí)產(chǎn)生熱量 。 的 冷卻水還用于 冷卻光刻技術(shù)的其他部 件 。 循環(huán)系統(tǒng) 回收冷卻水 ， 節(jié)省最大能量 ， 是 很必要的。圖 1 展示了 包括 離器、 冷卻 套和管道 的循環(huán)系統(tǒng)。從 儲水 中抽出冷卻水 通過管道和 分離器進(jìn)入冷卻套 ，最后通過合成器 、 管道和 冷卻 器流回儲水箱 。 對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的分析 表明了影響 部 溫度的 三個 主要因素 ： 干擾多， 遲滯多， 還有 慣性 大 。干擾 多 ，包括冷卻水 溫度波動 ， 部熱量散失 ， 外部 介質(zhì)之間的熱交換 。冷卻水溫度波動是多種因素造成的，其中包括 部 自 勵 溫度 震蕩造成的 非線性 加熱冷卻 ， 管道和周圍氣體之間的熱傳遞 ，以及光刻 工具其他地方產(chǎn)生的 熱量 。 在這個循環(huán)系統(tǒng)中， 冷卻水溫度波動 達(dá)到 最差的情形 。 部熱量散失有兩個原因 ，一個是 當(dāng) 激光穿過透鏡 時(shí)，內(nèi)部 輻射和 導(dǎo) 熱 交換 ，另一個是在鏡 頭和內(nèi)部凈化氮 之間的導(dǎo)熱和對流熱交換。至于激光，它的散熱量大概是 15W。 部介質(zhì)之間熱交換 來自兩個方面 ， 一方面來自 其相鄰零件之間的相互熱交換，另一方面來自 部箱體和周圍空氣的導(dǎo)熱和對流熱交換。 但是， 外部介質(zhì)之間交換的熱量 由于其復(fù)雜性 ，故 難以計(jì)算 。遲滯多 主要包括 熱和冷卻 3秒遲滯，冷卻水交換 3 分鐘遲滯，還有 冷卻套間熱交換 10 分鐘 遲滯。 此外， 雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不平衡熱交換，而由于 其體積大導(dǎo)致慣性在和小體積物體相比時(shí)，溫度波動較小。 上述分析表明， 僅僅通過開環(huán)結(jié)構(gòu)使 部溫度控制精度高和收斂速度快 是非常難以實(shí) 現(xiàn)的。 此外， 在開環(huán)結(jié)構(gòu)中 還有 很大的穩(wěn)態(tài)誤差。在以下部分中，我們將介紹一個提高 部溫度控制的控制結(jié)構(gòu)， 并解釋如何提高溫度控制精度和收斂 率 。 3 多閉環(huán)控制 結(jié)構(gòu) 多閉環(huán)溫度控制結(jié)構(gòu)由一個內(nèi)部 一個外部 成。 連 控制結(jié)構(gòu) 度控制的內(nèi)部 圖 2 所示。有兩個分別帶有兩個控制器的反饋回路。主要回路 用來控制 部的溫度 ( 箱中的冷卻水溫度控制 (成了第二條回路 . 分析這個系統(tǒng)的運(yùn)作質(zhì)量是很容易。如果 部 溫度偏離 期望 值 ( 嵌入 主 控制器 中的 控制算法會 通過比較溫度的測量值 算一個新的冷卻水溫度設(shè)定值 （ 。 然后，發(fā)送新的設(shè)定值 溫度控制器 。 隨后根據(jù)溫度測量 值 新的設(shè)定值 的偏差 ， 的控制算法計(jì)算加熱器和冷卻器的輸入值，并對 水箱里的冷卻水進(jìn)行加熱或者降溫，直到溫度達(dá)到新的設(shè)定值。 部溫度期望設(shè)定值通過一臺機(jī) 器連續(xù)地給出。 制回路是一個慢控制回路。 制回路是一個快速控制回路，能快速跟隨主回路設(shè)定值 當(dāng)一個新的 設(shè)定值 送到 需要幾分鐘 時(shí)間去調(diào)整 箱中的水溫至設(shè)定值。 二次回路具有很強(qiáng)的抗內(nèi)部干擾的能力。 此外，還可以減少 對主回路 非線性和 遲滯的影響。 圖 3 顯示了 關(guān)于 上述 描述 串級控制系統(tǒng)的控制原理圖。在下面的圖表和方程式， Gt(s)表示加熱器和冷卻器傳遞函數(shù) ,Gp(s)表示管道傳遞函數(shù)， Gl(s)表示 遞函數(shù)。Gm(s) Gm(s)表示主控制回路傳遞函數(shù)， Gs(s)表示二次控制回路 傳遞函數(shù)。 Hm(s) 表示測量設(shè)備主回路傳遞函數(shù)， Hs(s)表示測量設(shè)備二次回路傳遞函數(shù)。 表示 箱中冷卻水遲滯 ， 表示通過管道的冷卻水遲滯 ， 表示 部熱交換遲滯 ， Nt(s) 表示部擾動 ,Np(s)表示管道外擾動 ,Nc(s)表示 Nn(s)表示 Rl(s)表示 部輸入溫度， Rt(s)表示 箱中冷卻水的輸入溫度， C1(s)表示 的輸出溫度， Ct(s)表示 箱中冷卻水的輸出溫度。 二次回路中的輸入輸出函數(shù)如下所示： 根據(jù)二次回路的穩(wěn)態(tài)，輸出 Ct(s)近似等于輸入 Rt(s)。因此，主回路的輸入輸出函數(shù)可表示如下： 在此 早期的研究表明， 時(shí)間常數(shù)約為 4h。傳遞函數(shù) G1(s） 為 傳遞函數(shù) Gp(s)為 對于簡單的閉環(huán)系統(tǒng) 容易消除它的穩(wěn)態(tài)誤差。然而，根據(jù)方程式 (2)和（ 3)，溫度的收斂率從開始到穩(wěn)態(tài)變慢，因?yàn)?和 的延遲。而且，很難獲得 精確的溫度，因?yàn)?和 的擾動。在定態(tài)的狀態(tài)之下，由于的作用， 當(dāng)瞬時(shí)溫度變動超過冷卻水溫度 ， 的溫度變動超過 ℃。需要幾個控制周期才達(dá)到下一個穩(wěn)定狀態(tài) 。因此介紹 行串聯(lián)控制結(jié)構(gòu) 圖 4是擴(kuò)展的 個圖省略了操作系統(tǒng) ，在系統(tǒng)的框中確定了主要組成環(huán)。與 比較，也有兩個控制環(huán)和兩個控制器。一個是 一個是結(jié)合處冷卻水溫度的副環(huán)。它們之間的不同是主控制對象和副控制對象之間是并行的。 副控制對象的輸出不是主控制對象的輸入。在這個系統(tǒng)中， 控制運(yùn)算法則是主要的控制器根據(jù) 和 之間的偏差決定一個新的冷卻水的最佳溫度值。然后輔助的控制器中的控制運(yùn)算法則依照 和 之間的偏差計(jì)算 控制環(huán) 是一個慢的控制環(huán)?？刂骗h(huán) 是一個快速控制環(huán)，它過去一直快速的預(yù)測結(jié)合處的冷卻水最佳溫度值。當(dāng)合處冷卻水的溫度就是最佳溫度。這個最佳溫度將會保存為一個常數(shù)。從擾動抑制的觀點(diǎn)看，根據(jù)前饋控制相同的原則來控制輔助環(huán)。他們之間的不同是擾動必須是可測量的前饋結(jié)構(gòu)，而 圖 5 顯示了上面提到的并行串聯(lián)控制系統(tǒng)的詳細(xì)原理圖。在下面的圖表和方程式中， 代表結(jié)合處冷卻水的傳遞函數(shù)， 代表副控制器的傳遞函數(shù)。代表輔助環(huán)測量裝置的傳遞函數(shù)， 代表結(jié)合處冷卻水的輸入溫度， 代表結(jié)合處冷卻水的輸出溫度。 副環(huán)的輸入輸出的傳遞函數(shù)如下： 在副環(huán)的穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出 和輸入 近似相等。所以主環(huán)的輸入和輸出的傳遞函數(shù)可以簡化為： 比較方程（ 2）（ 3）和（ 7），我們可以得出擾動 和延遲時(shí)間常數(shù) 從主環(huán)分離，只有擾動 和延遲時(shí)間常數(shù) 仍在主環(huán)內(nèi)。所以輔助環(huán)獲得了物理結(jié)構(gòu)中互相延遲和互相擾動的分離，且隔離了主控制對象的非線性，互相延遲和互相擾動的影響。這種結(jié)構(gòu)也控制器設(shè)計(jì)的困難。即使冷卻水有溫度的變 動，他也能通過副控制器補(bǔ)償。因此， 的溫度控制可具有高精度和快收斂率。 4 非線性比例積分算法 為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的收斂率和精確度，一種具有非線性 法的二重輸入和二重輸出智能控制器被設(shè)計(jì)出來，如圖六所示。 的溫度偏差 和結(jié)合處冷卻水的溫度偏差 都是控制器的輸入端?？刂破鞯妮敵龆耸?面冷卻水溫度值 和結(jié)合處最佳冷卻水溫度值 。 控制器里嵌有智能算法。它包括兩級且根據(jù)理想的動態(tài)響應(yīng)分為五個控制階段。高級算法決定從我們先前介紹的五個階段中選擇 [10]。非線性 法在低級算法中使用，它將 在后面的段落中介紹。 考慮到溫度控制系統(tǒng)的相互擾動特點(diǎn)， 法代替了不同比例積分算法（ 因?yàn)椴煌?xiàng)目將引起高頻率振動和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性誤差。 圖七顯示了非線性 法的原理圖，在接下來的圖表和方程中， 代表 代表結(jié)合處最佳冷卻水的溫度值， 代表 制法 對 的 影響， 代表 制法 對 的影響， 代表 制法 對 的影響， 代表制法 對 的影響， 和 代表數(shù)據(jù)融合系數(shù)。 控制算法可以被描述如下： 其中 i=1， 2， j=1， 2， 是基本不相關(guān)的增加的 制算法 ： 其中， 代表比例系數(shù)， 代表積分系數(shù)， 代表取樣結(jié)果，和 分別代表在 k 時(shí)刻的控制輸出， e（ e（ k）分別代表（ k 時(shí)刻的信號偏差。 數(shù)據(jù)混合系數(shù)由已有的規(guī)則得出。詳細(xì)規(guī)則如下： 其中 代表由 溫度的的穩(wěn)態(tài)誤差決定的偏差值， 代表由 溫度的暫態(tài)誤差決定的擾動值， 代表由結(jié)合處冷卻水溫度的穩(wěn)態(tài)誤差決定的偏差值， 代表由結(jié)合處冷卻水溫度的暫態(tài)誤差決定的擾動值。 根據(jù)已有的規(guī)則和控制過程的輸入信息，可以獲得十六種不同的算法。根據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制器可以靈活的選擇任何一種 算法。這不僅能提高算法的適應(yīng)性和收縮率，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和反干擾能力。 5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制結(jié)構(gòu)與算法 如圖 8 所示，建立了一個實(shí)驗(yàn)平臺來驗(yàn)證該方法的有效性，其中包括一個仿制 度傳感器，溫度測量系統(tǒng)， 程計(jì)算機(jī)，隔熱室，光源等。仿制的 實(shí) 際的 有相同的溫度特性。隔熱室模仿光刻表面隔離熱的作用。用一個 20W 的白熾燈作為暴露光源。三個溫度傳感器具有高精度的負(fù)溫度系數(shù)， 的校準(zhǔn)精度是用來檢測 的溫度，結(jié)合處冷卻水的溫度和熱隔離室外環(huán)境的溫度 。溫度測量系統(tǒng)由 1590 模型超溫度計(jì)和一個具 有 分辨率的掃描器組成。 置了的精確度。工程計(jì)算機(jī)上具有智能算法。 用四個實(shí)驗(yàn)來檢測控制系統(tǒng)和算法：（ a）是用開環(huán)結(jié)構(gòu)，（ b）使用具有 法的 c）使用具有 法的 d）使用具有非線性 法的 這些試驗(yàn)中理想的 度是 22℃，非線性 法的參數(shù)是： 是 是 是 是 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 9 所示。圖 9（ a）展示了開環(huán)結(jié)構(gòu)的溫度曲線。正如圖 9 所示， 定且沒有達(dá)到 2℃ 系統(tǒng)中存在三個大的穩(wěn)定性誤差，使用閉環(huán)系統(tǒng)是非常必要的。圖 9（ b）顯示了使用閉環(huán)系統(tǒng) 20 小時(shí)后代到了穩(wěn)定。圖 9（ c）顯示了溫度收斂比圖 9（ b）快，但 溫度的精確度并沒有得到很大的提高。圖 9（ d）顯示了具有非線性 法的 統(tǒng)的溫度曲線。它只用了 時(shí)達(dá)到了 穩(wěn)定。即使外部溫度 在 內(nèi)擺動， 的溫度仍可以達(dá)到 的穩(wěn)定性。很明顯新的方法大大的增加了收斂率，精確性和抗干擾能力。 6 結(jié)論 通過使用閉環(huán)交互系統(tǒng)可以提高光刻 溫度控制準(zhǔn)確性。通過分析和實(shí)驗(yàn)揭示了具有 法的 統(tǒng)具有預(yù)測和滾動最優(yōu)的能力。它在收斂率，控制精確性，抗干擾能力方面比開環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán) 好。它用于光學(xué)領(lǐng)域生產(chǎn) 100過簡單的改進(jìn)，它也可以控制其他的需要遠(yuǎn)程遙控的非直接溫度控制，尤其是侵入液體的侵入式光刻等復(fù)雜對象的溫度控制。 第 I 頁 摘 要 在此次設(shè)計(jì)中，主要是設(shè)計(jì)一套能夠精確控制溫度的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、自動、準(zhǔn)確的測量恒溫箱內(nèi)的溫度，然后通過加熱和降溫將溫度控制在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)。 恒溫箱在各個領(lǐng)域里都有很重要的意義，但其控制系統(tǒng)又較為復(fù)雜，基本上不可能用數(shù)學(xué)的方法建立準(zhǔn)確的模型。當(dāng)前是用經(jīng)典控制和智能控制兩種控制算法相結(jié)合的方式對溫度進(jìn)行高效的控制。 我們采用 片機(jī)作為核心控制器，溫度測量采用數(shù)字溫度傳感器，使用 制，輸出控制用量的調(diào)節(jié)用的是可控硅觸發(fā)端的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。溫度在一定范圍內(nèi)可以由人工調(diào)節(jié)，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。這樣將單片機(jī)結(jié)合使用，可以將整個控制系統(tǒng)的精度提高，將誤差減小。 法是經(jīng)典的控制算法，在實(shí)際的控制中有著很高的地位。 法相對簡單，控制精度高。但是 節(jié)的參數(shù)無法適應(yīng)系統(tǒng)很長時(shí)間，需要對參數(shù)不斷的整定，以達(dá)到更好的控制效果。該算法最重要的是怎樣合理有效的整定其參數(shù)，針對這種情況我們就要對 其進(jìn)行仿真建模，通過 到更好的解決方法，以免浪費(fèi)不必要的時(shí)間，有效的提高了設(shè)計(jì)效率，也使控制性能可以達(dá)到預(yù)期的效果。 關(guān)鍵詞： 恒溫箱；溫度控制； 第 is to a of of is in in by a in to in it is to a is By an on is is as is by ID on of is by is be it of ID of is a It a in ID is of in to a ID a to in a is it a in we to In to a is 林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目 錄 目 錄 摘 要 .................................................................................................................... I ............................................................................................................... 言 ....................................................................................................................... 1 1 緒論 ................................................................................................................. 2 題背景，目的和意義 ................................................................................................... 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 2 展方向 ........................................................................................................................... 3 章小結(jié) ........................................................................................................................... 3 2 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ................................................................. 4 溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容與基本要求 ....................................................... 4 ....................................................................... 4 ....................................................................... 4 溫箱溫度控制系統(tǒng)的基本 工作原理 ........................................................................... 4 制方案的選擇 ............................................................................................................... 5 P） ............................................................................................................. 5 .................................................................................................... 6 .................................................................................................. 6 ......................................................................................... 7 ................................................................................................. 8 ......................................................................................................... 8 ................................................................................................. 8 章小結(jié) ........................................................................................................................... 9 3 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì) ................................................... 10 器件的選擇 ................................................................................................................. 10 ..................................................................................................... 10 ................................................................................................................. 10 ............................................................................................................. 11 壓器的選擇 ............................................................................................................ 11 ................................................................................................................. 12 ......................................................................................... 12 ..................................................................................................... 13 片機(jī)電路的設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 13 示電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 14 鍵電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 15 警電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 16 壓電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 16 零檢測電路 ................................................................................................................. 17 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目 錄 熱器件驅(qū)動電路 ......................................................................................................... 18 ......................................................................................................... 18 控硅介紹 ................................................................................................................ 18 控硅驅(qū)動電路設(shè)計(jì) ................................................................................................ 19 電偶信號處理電 路 ..................................................................................................... 20 ............................................................................................. 20 ........................................................................................................ 20 ..................................................................................... 21 擬樣機(jī)硬件的制作 ................................................................................................... 22 ........................................................................................................................ 22 4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ........................................................................... 23 測模塊設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 23 ..................................................................................................... 23 ..................................................................................................... 24 制模塊程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 24 示模塊程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 25 ................................................................................................................... 26 統(tǒng)整體設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 26 擬樣機(jī)的軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 27 章小結(jié) ......................................................................................................................... 27 5 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的建模與仿真 ........................................................... 28 溫箱溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 ................................................................................. 28 制系統(tǒng)的仿真 ............................................................................................................. 28 ........................................................................................................ 28 .......................................................................................................... 29 ........................................................................................................... 29 章小結(jié) ......................................................................................................................... 31 6 總結(jié) ............................................................................................................... 32 論 ................................................................................................................................. 32 得體會 ......................................................................................................................... 32 謝 辭 ................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 34 附錄一 模擬樣機(jī)程序 ..................................................................................... 35 附錄二 元器件清單 ......................................................................................... 38 附錄三 模擬樣機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的 ............................................... 39 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 38 頁 引言 恒溫箱的應(yīng)用非常廣泛。其工作就是保持溫度的恒定，從瑣碎的日常生活到精準(zhǔn)的科學(xué)研究；從能源、化工到醫(yī)用、軍事；從工業(yè)生產(chǎn)到農(nóng)牧業(yè)的需要?？梢?，恒溫箱無處不在。 在當(dāng)今社會，由于科技快速進(jìn)步，國家經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，以及大眾對恒溫箱的需求的增長，所以就對恒溫箱提出了更高的要求。不僅要控制的精度越來越高，還要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更希望恒溫箱有一個溫度控制的范圍，可以讓用戶自己設(shè)置自己所需溫度，以滿足不同用戶的不同需求。 一般的溫度控制方法都是設(shè)定一個數(shù)值為溫度的臨界點(diǎn)，超過誤差允許的范疇則要進(jìn)行溫度調(diào)控。本方法容易操作，價(jià)格適中，但結(jié)果不理想，控溫精度不高，需要較長的時(shí)間才可以到達(dá)穩(wěn)定點(diǎn)。因此，它只適用于對精度要求不高地方。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)的作用就是實(shí)現(xiàn)對溫度的控制與 監(jiān)測。我們的核心控制器是單片機(jī)。用單片機(jī)進(jìn)行 算，可以最大程度的展示軟件的靈活性、且容易操作，可以讓系統(tǒng)變得更穩(wěn)定一些。 單片機(jī)是每個控制系統(tǒng)中不能缺少的重要組成部分，已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。能及時(shí)的處理數(shù)據(jù)，可以使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作，并使控制精度整體提高。又因?yàn)閱纹瑱C(jī)有功能強(qiáng)大，反應(yīng)靈敏，尺寸小，能耗低，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，因此其市場占有率在日益增加。 制器原理相對容易一些，且適應(yīng)性好，魯棒性強(qiáng)。因?yàn)槠?P、 I、 D 各自獨(dú)立，研究工作者可以根據(jù)自己的需求來進(jìn)行組合，整定 參數(shù)又相對簡單。因此 在眾多領(lǐng)域里都有廣泛的應(yīng)用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 38 頁 1 緒論 題背景，目的和意義 隨著社會不斷發(fā)展，科技快速進(jìn)步，以及恒溫箱在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，智能控制與經(jīng)典控制相結(jié)合的控制方式已然成為溫度控制系統(tǒng)的主流方向。溫度在諸多領(lǐng)域里都是極為重要的參數(shù)，但對其實(shí)現(xiàn)高精度的控制是有一定難度的，但溫度又是一個和生活密不可分的實(shí)際問題。鑒于這是實(shí)際狀況，所以設(shè)計(jì)恒溫箱溫度控制系統(tǒng)是有廣闊的前景和實(shí)際意義。 在日常生活中，可以用來保存食物；在工業(yè)中，可以保存工業(yè)原料以及對一些產(chǎn)品的測試，其控制效果的好壞會對產(chǎn)品有直接的影響；在農(nóng)牧業(yè)中，可以育苗，可以飼養(yǎng)生物；在科研機(jī)構(gòu)可以培養(yǎng)細(xì)胞；在生物研究中，可以為無菌試驗(yàn)創(chuàng)造有利的條件；某些高端電子設(shè)備的正常運(yùn)行需要一定的溫度環(huán)境。這些都是恒溫箱在各個領(lǐng)域里發(fā)揮的作用。由此可見，恒溫箱有著舉足輕重的地位。 在當(dāng)今大環(huán)境下，市場與技術(shù)息息相關(guān)，同時(shí)技術(shù)在開發(fā)產(chǎn)品方面又起著決定性的作用。如今有關(guān)恒溫箱溫度控制的產(chǎn)品，成為大家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。隨著科技的日益發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)越來越 成熟，覆蓋范圍也越來越廣。并且以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)可以克服控制系統(tǒng)的容量滯后問題，這就讓控制系統(tǒng)的精度得到了的改善。其良好的控制效果也對安全高效的生產(chǎn)、環(huán)保事業(yè)、經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展起到了十分顯著的作用。因?yàn)闇囟瓤刂葡到y(tǒng)的普遍性，溫度傳感器的種類也在隨著它的發(fā)展而不停的增加，以此來滿足越來越多元化的需求。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是恒溫箱溫度控制系統(tǒng)，溫度是控制目標(biāo)。無論在生活中還是工業(yè)中，溫度控制系統(tǒng)都被廣闊采用，例如在發(fā)酵箱、工業(yè)產(chǎn)品檢測、無菌實(shí)驗(yàn)環(huán)境都需要溫度控制。所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種恒溫箱溫度控制系統(tǒng) ，在價(jià)格較低的前提下，爭取實(shí)現(xiàn)控制精度高，實(shí)時(shí)性好等功能。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著 科學(xué)技術(shù) 的 不斷 發(fā)展， 恒溫箱溫度 控制 被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域 ， 獲得了社會各界的認(rèn)可 。在不同的 情況下 ，由于 被控對象的差異 、 期望效果 、 經(jīng)濟(jì) 等因素，需要 根據(jù)實(shí)際狀況 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 的 結(jié)構(gòu)和功能， 使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)控制 。其中， 恒溫箱溫度控制系統(tǒng) 在工 、商業(yè) 中是一個重要 的 研究 對象 。 從上世紀(jì) 70 年代開始，國外就已經(jīng)開始研究溫度控制系統(tǒng)了。到了 80 年代后期 ，因?yàn)楣I(yè)發(fā)展的需求，尤其是微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速成熟，還有設(shè)計(jì)方法的發(fā)展等一系列因素的推動下， 國外的溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅猛。智能化等在科技中也有較大的成桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 38 頁 就。當(dāng)下，一些技術(shù)成熟的大國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，可以生產(chǎn)出性能良好的商品。 現(xiàn)如今，國外的溫度控制系統(tǒng)正在向著全自動，無人化方面前進(jìn)。我國開始研究溫度控制系統(tǒng)是在上世紀(jì) 80年代。對于控制有難度的溫度控制系統(tǒng)的技術(shù)，國內(nèi)的技術(shù)水平還不是很成熟。盡管在國內(nèi)的諸多行業(yè)中都普遍的應(yīng)用溫度控制系統(tǒng)，但是從技術(shù)層面來講，整體發(fā)展水平有限，與技術(shù)先進(jìn)的國家比較，我們依舊存在著很大的差距。國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展水平距實(shí)現(xiàn)工廠化還有很長的一段路要走。在我們實(shí)際生產(chǎn)的過程中 ，還存在著很多問題，這需要我們更加努力的去研究。 溫度是一個大家被所熟知且十分重要的過程變量，很多的物理，化學(xué)過程都會受到它的直接影響。恒溫箱溫度控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用到各個行業(yè)中，因?yàn)閰?shù)多變，滯后等問題，所以對調(diào)節(jié)器的要求比較高。如果溫度控制的效果不好也許就會引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品產(chǎn)量等很多的問題。由此可見，溫度控制十分重要，但在這過程中會碰到一些意料之外的困難。這就要求我們?nèi)硇牡耐度肫渲?，解決所有的問題。 展方向 現(xiàn)如今，溫度控制系統(tǒng)正在以一匹黑馬的姿態(tài)在全球范圍內(nèi)快速的發(fā)展，在這方面的研究中， 國外的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。但是，我國也是近幾年才出現(xiàn)了一些精度比較高的溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，但是價(jià)格偏高。所以如何生產(chǎn)出可靠性高，控制精度高，生產(chǎn)成本低的恒溫箱是我們要重點(diǎn)研究的。 章小結(jié) 該章節(jié)是論文的開篇概述，詳細(xì)的描述了此題目的背景、目的及意義；介紹了恒溫箱溫度控制系統(tǒng)國內(nèi)外的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向。闡述了恒溫箱溫度控制系統(tǒng)市場的需求，利用 制和單片機(jī)可以將恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的性能有所提高。對下文做研究提供了一定的方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 38 頁 2 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容與基本要求 恒溫箱在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)療、科研和食品生產(chǎn)加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。這些領(lǐng)域?qū)囟鹊姆€(wěn)定性要求很高。恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的核心問題就是精準(zhǔn)的控制溫度。當(dāng)下，測量裝置普遍采用溫度傳感器采集溫度，但是在一般的環(huán)境中，溫度會被其他的外界因素影響，而且難以校準(zhǔn)。由此可見，溫度是一個很難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。用一般方法檢測的話測量誤差大、測量時(shí)滯長。目前，恒溫箱溫度的智能控制主要用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)恒溫箱溫度控制系統(tǒng)，規(guī)定一個誤差所允許的范圍，并能在環(huán)境溫度下降時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)可以自動調(diào)整，以保持溫度不變。具體要求如下： （ 1） 恒溫箱 電熱溫度控制系統(tǒng)的輸入電源為單相 220V，電加熱額定功率 5 （ 2） 測溫范圍在室溫至 200℃， 精度在± 1℃以內(nèi)。 （ 3） 恒溫箱對加熱電源電流的傳遞函數(shù)為 ，采用 節(jié)器設(shè)計(jì)恒溫箱 電熱溫度控制系統(tǒng)；選擇單片機(jī)作為控制器 。 溫箱溫度控制系統(tǒng)的基本工作原理 現(xiàn)對該系統(tǒng)的原理進(jìn)行介紹，控制原理圖如圖 2示。 圖 2統(tǒng)原理框圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 38 頁 溫度控制系統(tǒng)是一個過程控制系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)來說，單片機(jī)是其核心。開始時(shí)，我們會通過按鍵設(shè)置我們想要的溫度值，并將其傳送到單片機(jī)中，然后會在 溫度的規(guī)定值設(shè)置完成后，單片機(jī)就會啟動輸出控制模塊，使加熱模塊開始工作，與此同時(shí)， 同步顯示溫度傳感器采集到的溫度，一旦溫度傳感器采集到的溫度達(dá)到了我們設(shè)定的溫度上限，這時(shí)，聲光報(bào)警開始工作：即發(fā)出聲音。同時(shí)，加熱模塊停止工作。不加熱的時(shí)候，溫度值一定會變小，當(dāng)溫度值下降到超過誤差所允許的范圍時(shí)，單片機(jī)將會再一次啟動加熱模塊，讓它 繼續(xù)加熱到我們最初的設(shè)定值。這樣的循環(huán)往復(fù)，便達(dá)到了恒溫箱溫度控制的目的 制方案的選擇 雖然不同形式的控制器，它的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，但按照經(jīng)典控制理論，基本的控制規(guī)則有且只有 3 種： P 調(diào)節(jié)、 I 調(diào)節(jié)、 D 調(diào)節(jié)。這些控制規(guī)則可單獨(dú)使用，但是更多的地方采用的是組合的形式。例如： 比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)和比例積分微分調(diào)節(jié) [1]。 不同的控制規(guī)則適應(yīng)不用的生產(chǎn)要求。要選用合適的控制規(guī)則，就應(yīng)該先了解控制規(guī)則的特點(diǎn)和適用條件。根據(jù)工藝指標(biāo)的要求，結(jié)合具體對象特性，才可以做出最正確的選擇。 P） 比例控制獨(dú)自作用于系統(tǒng)時(shí)也可稱該控制為“有差控制”。這時(shí)，只要輸入的被調(diào)量偏離其給定值，調(diào)節(jié) 器便會立即做出相應(yīng)的控制作用，偏差的大小決定著輸出信號的大小。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的情況來確定比例度的大小。如果比例度取得過大，則系統(tǒng)的抗干擾性能就會變?nèi)酰詴?dǎo)致控制作用不明顯，甚至系微乎 其微。系統(tǒng)的余差過大，控制效果不好，也就談不上控制作用了。相反，比例度過小，控制作用會變強(qiáng)，這樣就會使得系統(tǒng)的超調(diào)量變大，從而使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，易引發(fā)振蕩。 若遇到的被控對象反應(yīng)迅速，放大倍數(shù)比較大的，選用的比例度就要小一些，這樣可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高控制精度。反之，就要選擇比例度較大的，這樣的話，不僅可以增加系統(tǒng)的靈敏度，而且還可以使得系統(tǒng)的余差減小。 由于比例控制單獨(dú)作用時(shí)，存在著一些弊端，比如：抗干擾能力差、波動范圍過大等缺陷，所以它只適合運(yùn)用在一些特定的對象上，比如在擾動小、滯后較小、負(fù)荷變 化不明顯、允許被控對象在某個范圍中變化的場合使用。這種控制規(guī)律被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)中。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 38 頁 如果某一系統(tǒng)單獨(dú)使用比例調(diào)節(jié)時(shí)，只要系統(tǒng)有偏差出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器便會立即做出反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)后使偏差減小。假如系統(tǒng)中不存在偏差，那么其的輸出就為零。所以，如果只是用比例調(diào)節(jié)，就不可能實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 要消除靜差，最好的方法就是采用積分控制器，因?yàn)樗鼘ζ钣蟹e分作用 [2]。積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)勢在于只要系統(tǒng)有偏差存在，其調(diào)節(jié)作用就不會間斷，直到消除偏差為止。當(dāng)偏差被消除后，由積分控制器的特點(diǎn)可知輸出將會停留在新的位置，所以才能保持偏差為零。 雖然積分作用可以消除余差，但是其缺點(diǎn)是動作過于遲緩，因?yàn)樗兄欢ǖ姆e分時(shí)間，不能馬上對被控量的細(xì)小變化做出反應(yīng)。如果我們調(diào)節(jié)靜態(tài)準(zhǔn)確度，由于積分不能馬上做出反應(yīng)，就會讓調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞。所以一般情況下不會單獨(dú)使用 積分調(diào)節(jié)，總是把它和比例結(jié)合在一起使用。這樣就構(gòu)成了比例 — 積分控制。這樣二者兼容，取長補(bǔ)短，就可以把比例作用的及時(shí)性和積分作用消除靜差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來了。所以 制可以達(dá)到比較理想的控制效果。 比例 — 積分調(diào)節(jié)是當(dāng)下應(yīng)用范疇比較大的調(diào)節(jié)器。一般在液位、流量等系統(tǒng)中使用。因?yàn)榉e分作用可以消除靜差，可以將比例控制的缺陷掩蓋，達(dá)到良好的控制效果。但是在一些特定的情況下，積分作用可能會讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，就比如，如果某系統(tǒng)存在慣性滯后的現(xiàn)象，就盡可能的不要選擇 制。 對于有時(shí) 間滯后控制系統(tǒng)來說，比例 — 積分控制也許無法達(dá)到預(yù)期的效果。對“時(shí)間滯后”作進(jìn)一步的解釋，也就是：當(dāng)被控變量受到外界的干擾，被控變量沒有馬上做出反應(yīng)，而是有一定的延時(shí)。例如容量滯后，此時(shí)的 制就表現(xiàn)的遲緩，不靈敏。由此，可以設(shè)想的是：能不能有一個按照偏差的變化走向，使其做出相對的控制動作呢 ?就好像經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員，既可以按照偏差的大小來調(diào)整比例作用，又可以按照偏差變化的速度來估計(jì)可能會出現(xiàn)的狀況，提前做控制工作。這就是微分控制的特點(diǎn)：即具有超前調(diào)節(jié)作用。輸入誤差的變化率決定了微分調(diào)節(jié)器輸出的大小。 微分輸出和偏差的變化速度是正比例關(guān)系，而且微分輸出與偏差的其他因素均無關(guān)系。假如有一個固定不變的偏差，不管其數(shù)值的大小，只要沒有變化，微分輸出肯定為零。假如某系統(tǒng)中微分時(shí)間為零，則微分作用就沒有存在的必要了。因此，我們要根據(jù)實(shí)際需要去選擇微分時(shí)間。 除此之外，微分控制系統(tǒng)作為一種比較有效的控制，它有著自己一些優(yōu)點(diǎn)：首先，微分控制執(zhí)行的速度很快，比起其他的控制方法來，所花的時(shí)間都要少很多；其次，它桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 38 頁 還具有超前的調(diào)節(jié)功能，所以，采用微分控制可以有效的改善被控制對象有比較大的時(shí)間延遲的作用。同時(shí)，微分控制也是有著自 己的局限性，比如，它不能有效的消除余差，而且更糟糕的是，它對于那種偏差是恒定的輸入量來說，壓根就沒有控制作用。所以正是因?yàn)槲⒎挚刂频倪@個致命的局限性，我們在選擇控制方法的時(shí)候，不能單一的選擇微分控制來使用。 正是因?yàn)槲⒎挚刂朴芯窒扌?，不能單一的運(yùn)用，與之相比之下，比例控制和微分控制的結(jié)合，作用和效果就比較可觀了。首先它們的運(yùn)行速度是高速的，比之單獨(dú)的比例或者微分作用都要快上很多，一般都能達(dá)到幾倍以上，這樣就可以使得系統(tǒng)執(zhí)行的效率高上很多，特別是對于那些容量滯后的被控對象來說，就有著很大的改善作用，它可以很有 效的控制偏差，使之幅度減少，使得系統(tǒng)的實(shí)用性都得到很大的提高。同時(shí)，比例微分的結(jié)合，大大縮短了控制的時(shí)間，所以它更能精準(zhǔn)快速的采集被控量的變化，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、精準(zhǔn)控制的目的，使得控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量得到顯著的提高。 比例積分微分控制是一種實(shí)用性很強(qiáng)、控制性能最為理想的控制規(guī)律。 制集合了比例、積分、微分控制這三者的優(yōu)點(diǎn)，簡單來說，就是 制既具備了比例控制的迅速和及時(shí)，還具有積分控制的消除余差的能力，又有微分控制的超前調(diào)節(jié)功能，是三者結(jié)合的產(chǎn)物，彌補(bǔ)了比例積分 控制、比例微分控制的短板，所以 制在現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用中應(yīng)用很廣泛，在工程實(shí)際中也是備受青睞。 當(dāng)輸入的偏差量出現(xiàn)階躍變化時(shí)，微分環(huán)節(jié)就會馬上做出反應(yīng)，目的是抑制這種偏差躍變。與此同時(shí)，比例環(huán)節(jié)也會對這種偏差進(jìn)行抑制作用，以達(dá)到抑制偏差的目的，因?yàn)楸壤h(huán)節(jié)的快速反應(yīng)，還能起到令系統(tǒng)更加穩(wěn)定的作用；當(dāng)微分環(huán)節(jié)和比例環(huán)節(jié)作用之后，會產(chǎn)生比較大的余差，這時(shí)候積分環(huán)節(jié)就會開始作用，將余差給克服掉。所以這三種控制規(guī)律的充分結(jié)合，會使控制效果達(dá)到最佳。 在控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程中， 產(chǎn)使用性最高 的控制規(guī)律。與我們工程實(shí)際密切相關(guān)，是工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常要用到的調(diào)節(jié)控制規(guī)律。當(dāng)選擇合適的作用參數(shù)，也就是要比例參數(shù)、積分參數(shù)和微分參數(shù)設(shè)計(jì)得當(dāng)，就可以使三者的優(yōu)點(diǎn)充分結(jié)合，使得系統(tǒng)的控制效果更加理想。 綜上所述，可以看出 節(jié)器集三者之長于一身，所以本次設(shè)計(jì)要采用 節(jié)器。它的本質(zhì)就是將輸入的數(shù)據(jù)按照函數(shù)關(guān)系來計(jì)算。其結(jié)構(gòu)如圖 2示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 38 頁 其數(shù)學(xué)模型如式 2示： u(t) = e(t) + 1e(t)d(t)TD de(t) （ 2 其中 比例系數(shù)、 積分系數(shù)、 微分系數(shù)。 其傳遞函數(shù)的表達(dá)式如式 2示： )=+ 1 （ 2 在工程實(shí)際中，最為大家認(rèn)可的就是 節(jié)，即比例 — 積分 — 微分控制。 制器以結(jié)構(gòu)相對簡單、可靠性強(qiáng)、易調(diào)節(jié)等特點(diǎn)在工業(yè)控制中有著十分重要的地位。尤其是被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不可以被完全掌控，或者不能建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型， 其他的技術(shù)控制理論 也 難以使用 ，控制器只能用經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來解決時(shí)， 法是最簡便的 [3]。 節(jié)器參數(shù) 的整定是整個控制系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的內(nèi)容。它是依照被控過程的性能特點(diǎn)來確認(rèn) 節(jié)器的各項(xiàng)參數(shù)的大小。 節(jié)器的參數(shù)的整定總的來說可以分為兩種： 一種是理論計(jì)算整定，它包括了： 圖 2構(gòu)圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 38 頁 （ 1）穩(wěn)定邊界法 又被稱為臨界比例度法。當(dāng)一個比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)量為等幅振蕩時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以求出該調(diào)節(jié)器的參數(shù)。這種方法在下面兩種情況下不宜采用：一種是臨界比例度過小，對生產(chǎn)工藝不利或不容許；另一種是工藝上要求的條件較為嚴(yán)苛?xí)r，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。 （ 2）反應(yīng)曲線法 用該方法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)應(yīng)先測定對象的動態(tài)特性，即飛升特性。根據(jù)該特性曲線找出某幾個可以有代表性的參數(shù)，之后就可以用這幾個數(shù)據(jù)整定出調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)。 （ 3）衰減曲線法 被調(diào)量偏離工作點(diǎn)不大，不需要把調(diào)節(jié)系統(tǒng)推進(jìn)到穩(wěn)定的邊界，也可以求出比例度，因而比較安全，易操作。 但是這幾種方法都要依靠數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過計(jì)算才可以準(zhǔn)確的得出控制器的參數(shù)。即使計(jì)算出準(zhǔn)確的參數(shù)，也還是有可能不可以直接用的，一定要經(jīng)過工程實(shí)際來調(diào)整修改。 另一種是工程整定方法：它靠的是工程經(jīng)驗(yàn)，可以在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中直接進(jìn)行。而且方法簡便、易操作，廣泛應(yīng)用于各種實(shí)際工程中。 章小結(jié) 本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)的主要要求。并且對控制整定方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和比較，選出最佳的控制方案，同時(shí)闡述了該方案的特點(diǎn)以及如何整定其參數(shù)的方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 38 頁 3 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì) 器件的選擇 （ 1） 度傳感器 該傳感器尺寸小、性價(jià)比高、精度高。它是單線接口：即僅需一條口線與 連。電源可以用 來總線提供。其測溫范圍是 ~+125℃，精度為± （ 2）熱電阻溫度傳感器 它可以分為兩類，一類是金屬熱電阻：它要用一種電阻溫度系數(shù)和電阻率大而穩(wěn)定的、易于加工的金屬制作（鉑、銅）。測溫范圍是 ~+850℃。盡管其測溫范圍較大，但是其尺寸大，價(jià)格高。另一類是半導(dǎo)體熱敏電阻：它又可以分為正溫度系數(shù)（ 負(fù)溫度系數(shù)（ 突變型負(fù)溫度系數(shù)（ 感器。它們的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度好、體積小。但線性度較差，只要電流過大就會自熱。假如把它放到高熱中，那就是永久性的毀壞了。 （ 3）熱電偶溫度 傳感器 制作該種傳感器的金屬材料應(yīng)滿足物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；熱電動勢高，導(dǎo)電率高電阻溫度系數(shù)小。其測溫范圍是 ~+1300℃。其工作方式與熱電阻相似。但是熱電偶的復(fù)現(xiàn)性好，易于批量生產(chǎn)。 綜上所述，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們采用的是熱電偶溫度傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對簡單，測溫范圍符合要求、精度高。其輸出信號是電信號這就為遠(yuǎn)傳或信號轉(zhuǎn)換奠定了好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)中，要求恒溫箱電熱溫度控制系統(tǒng)的輸入電源為單相 220V，電加熱額定功率 5以電流約為 般情況下， 銅線每 平方毫米 按 4~6A 的載流量 來計(jì)算。 那么，我們選用 4是如果選擇 4正常情況下的電流就基本上達(dá)到了其載流量的上限，一旦有突發(fā)狀況發(fā)生，就可能會產(chǎn)生危險(xiǎn)。所以，為保證安全，我們選擇電線的時(shí)候應(yīng)該把余量留的稍大一些，即使遇到突發(fā)狀況也能保證安全。因國際標(biāo)準(zhǔn)沒有 5以我們選擇 6 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁 共 38 頁 （ 1）數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管按照幾個 8 的顯示可以分為 1 位數(shù)碼管、 2 位數(shù)碼管等，平時(shí)我們使用的一般是八段數(shù)碼管。如何控制數(shù)碼管顯示出我們所需要的東西，就是要控制其每段的亮或滅，如在并行口上輸入 11111001，數(shù)碼管就顯示出“ 1”的字樣，控制數(shù)碼管顯示的方法相對簡單，但缺陷也是