微波加热器温度自动控制系统的研究与设计

论文摘要

微波加热以其加热迅速、高效及安全等优点成为一种新的加热方式,目前已成为实验室加热的首选方式。温度是衡量加热效能的重要参数,因此具有温度自动控制功能的微波加热器设计与开发有着广阔的应用前景,可以满足生物医学工程领域,实验室科研等有关恒温加热要求。本文设计了一种基于STC89C52单片机控制的微波加热器温度自动控制系统,主要阐述构成该系统的基本原理、硬件电路组成以及相应的系统仿真。与传统的PID控制相比,模糊自整定PID控制算法具有调节时间短、过渡过程平稳、抗干扰性能好等优点。所做主要工作如下:（1）对微波加热器的整体结构进行设计。针对微波加热的特点,通过理论分析,对微波加热器的波导和加热腔尺寸进行了优化和设计。（2）设计温度自动控制电路。通过红外温度传感器进行温度测量,利用单片机LCD进行温度实时显示。采用脉冲调制技术和过零触发晶闸管调压控温策略,实现微波加热器温度的自动控制。（3）本文以模糊PID控制算法为基础,设计了以单片机为主体的,能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的自动控制器,单片机根据输入的各种命令,进行PID算法得到控制量,输出脉冲触发信号,通过过零触发电路驱动双向可控硅,从而控制加热系统的温度。（4）利用Cohn-Coon公式,对微波加热器的控制系统进行建摸,确定系统的传递函数。结合确立的系统模型,利用Simulink工具对微波加热器采用的模糊自整定PID控制算法进行了大量仿真实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波加热技术简介
• 1.2 课题背景及选题意义
• 1.3 微波加热器温度控制发展现状
• 1.4 论文结构
• 第二章 微波加热器整体结构研究与分析
• 2.1 微波加热系统的基本组成
• 2.2 磁控管工作原理
• 2.3 微波传输系统分析
• 2.3.1 传输系统组成
• 2.3.2 波导分析与波导的选择
• 2.4 加热腔均匀性分析
• 第三章 温度测量方案与温控系统的硬件设计
• 3.1 温度控制系统整体分析
• 3.1.1 温度测量方法的选择
• 3.1.2 传感器的选择
• 3.2 温控系统硬件总体设计
• 3.2.1 温控系统主控器件STC89C52RC 单片机
• 3.2.2 单片机主控模块电路设计
• 3.3 温控系统输入模块电路设计
• 3.4 温控系统输出模块电路设计
• 3.4.1 1602 液晶显示电路
• 3.4.2 报警电路
• 3.5 调功模块电路设计
• 3.5.1 调功模块选用的芯片
• 3.5.2 晶闸管调功方式
• 3.5.3 调功电路原理及组成
• 3.6 温控系统键盘电路的设计
• 第四章 温度控制系统软件设计与仿真
• 4.1 系统软件设计
• 4.2 控制算法的研究及其仿真
• 4.2.1 系统PID 控制原理
• 4.2.2 数字PID 控制算法
• 4.3 系统建模与PID 控制仿真
• 4.3.1 微波加热器的仿真模型
• 4.3.2 微波加热器系统PID 控制计算机仿真
• 4.4 微波加热器PID 参数的自整定
• 4.4.1 PID 各因子对控制系统的影响分析
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.5 模糊自整定PID 控制仿真
• 4.5.1 模糊控制基本原理
• 4.5.2 模糊自整定PID 控制
• 4.6 模糊自整定PID 控制的仿真实验
• 4.7 模糊自整定PID 控制与传统PID 控制的比较分析
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的研究成果
• 附录1 单片机接口电路原理图
• 附录2 控制模糊自整定 PID 算法相关仿真程序