1、華南理工大學(xué)廣州學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課 程： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 2009級(jí)1班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 200930063032 目錄1. 課題名稱(chēng).22. 課程設(shè)計(jì)目的.23. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.24. 啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求.35. 進(jìn)度安排.66. 課程設(shè)計(jì)心得.6附錄.7一、課題名稱(chēng)啤酒發(fā)酵計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)目的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門(mén)實(shí)用性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)占有更加重要的地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，它需要控制理論、程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)融合。通過(guò)

2、本課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)并掌握：1掌握總線式工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)，包括工業(yè)控制機(jī)、模擬輸入、輸出通道設(shè)計(jì)和元器件選型，掌握模擬量輸入、輸出通道及接口連接線路繪制。2掌握工業(yè)控制機(jī)控制系統(tǒng)軟件方案（數(shù)學(xué)模型分析、控制策略、控制算法等）設(shè)計(jì)，掌握數(shù)據(jù)采集及處理程序、控制算法程序和模擬量輸出程序流程圖及軟件編程。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容采用總線式工業(yè)控制機(jī)完成啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件總體方案設(shè)計(jì)和軟件總體方案設(shè)計(jì)：1、硬件總體設(shè)計(jì)方案a、確定系統(tǒng)的總線類(lèi)型（內(nèi)總線PCI）b、選擇主機(jī)機(jī)型該系統(tǒng)選用康拓IPC-8500工業(yè)控制機(jī)c、模擬量輸入通道電路設(shè)計(jì)及接口線路接線圖：該方案選用WZP-2

3、31鉑熱電阻和RTTB-EKT溫度變送器。將-20+50變換成420mADC信號(hào)，送至I/V變換板轉(zhuǎn)變成15V DC信號(hào)，最后把15V DC信號(hào)送到12光電隔離AD電路實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)據(jù)采集。d、模擬量輸出通道電路設(shè)計(jì)及接口線路接線圖： 該方案的輸出通道采用12位光電隔離的D/A轉(zhuǎn)換板IPC5486，講計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA DC信號(hào)，再將該信號(hào)送至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥ZDLP-6B，達(dá)到控制溫度的目的。e、畫(huà)出該溫度控制系統(tǒng)硬件框圖被控對(duì)象I/V變換鉑熱電阻及溫度變換AD轉(zhuǎn)換IPC-8500工控機(jī)IPC5486 D/A轉(zhuǎn)換板電動(dòng)調(diào)節(jié)閥2、軟件總體方案設(shè)計(jì)a、確定控制規(guī)律及算法，畫(huà)出控制系統(tǒng)框

4、圖 讀取12位AD濾波并溫度變換直線插補(bǔ)計(jì)算得到偏差并進(jìn)行PID控制控制量送給工控機(jī)進(jìn)行DA變換V/I變換控制閥門(mén)開(kāi)度b、確定軟件編程語(yǔ)言：C語(yǔ)言c、數(shù)據(jù)采集及處理程序編程讀取12位ADd、控制算法程序編程e、模擬量輸出程序編程四、啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在二十多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動(dòng)能力，生長(zhǎng)繁殖快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如下圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙酰等雜質(zhì)含量達(dá)到最佳狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制發(fā)酵各階段的溫度，使其在給定溫度的±0.5范圍內(nèi)。 2、系統(tǒng)控制要求（1）現(xiàn)要求

5、控制1個(gè)200m3的錐形啤酒發(fā)酵罐，每個(gè)罐測(cè)量3個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上、中、下三段溫度，三段溫度的測(cè)量范圍：-20+50，共有三個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，因此需檢測(cè)3個(gè)參數(shù)。(2)自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上、中、下三段溫度使其按上圖所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于±0.5。共有3個(gè)控制點(diǎn)。（3）控制規(guī)律被控對(duì)象可視為純滯后的一階慣性：a、在恒溫段采用增量型PI控制算法b、在升溫和降溫段采用增量型PID控制算式c、考慮被控對(duì)象為純滯后的一階慣性，還要采用施密斯（Smith）預(yù)估計(jì)控制算法。（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求a、數(shù)據(jù)采集程序:按順序采集三個(gè)溫度信號(hào)，每個(gè)信號(hào)采集5次并儲(chǔ)存起來(lái)，采樣周期為T(mén)=2

6、s。t=t+T;x0=read; b、數(shù)字濾波程序t=t+T;x0=read;x1=x,x2=x1,x3-x2,x4=x3;(x0>x1)?(max=x0,min=x1):(max=x1,min=x0);if(max>x2)if(min>x2)min=x2;else max=x2;if(max>x3)if(min>x3)min=x3;else max=x3;if(max>x4)if(min>x4)min=x4;else max=x4;x=(x0+x1+x2+x3+x4-max-min)/3;c、溫度標(biāo)度變換程序 y=0.021368*x-37.5; d

7、、給定工藝曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算e、控制算法 PID算式加特殊處理Uout=Kp*err+Ki*err_sum;/PIUout=q0*err+q1*err1+q2*err2;/PID 施密斯（Smith)預(yù)估控制算式U_out=a*U_out1+b*(U_out1-U_out_n);五、進(jìn)度安排序號(hào)內(nèi)容天數(shù)1布置任務(wù)，查閱資料12總體方案確定，硬件電路設(shè)計(jì)23控制算法設(shè)計(jì)14軟件編程，調(diào)試25總結(jié)，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告167六、課程設(shè)計(jì)心得通過(guò)這次課程設(shè)。計(jì)加深了我對(duì)計(jì)算機(jī)控制這一門(mén)課程的認(rèn)識(shí)，更深刻的體會(huì)到了工業(yè)自動(dòng)控制究竟是怎么一回事。開(kāi)始課程設(shè)計(jì)的時(shí)候認(rèn)真的讀者書(shū)本的設(shè)計(jì)方案，有模糊或是不同一見(jiàn)

8、到地方就又回到課本當(dāng)時(shí)將這些內(nèi)容的地方，一下子我對(duì)計(jì)算機(jī)控制的信心又開(kāi)始膨脹了。由于時(shí)間緊迫，還有些問(wèn)題沒(méi)能解決，比方說(shuō)該方案所依賴的康拓工控機(jī)，對(duì)于該機(jī)器我還有很多不曾了解的地方，再有PCI總線，我最早知道的總線是汽車(chē)?yán)锩娴腃AN總線，大二那會(huì)也很想著去學(xué)但一直都不怎么了解也就沒(méi)有過(guò)真正的接觸了。PCI是我在學(xué)Linux的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)接觸到的，但那時(shí)也沒(méi)專(zhuān)門(mén)去學(xué)它，今天通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我是真真正正的接觸到了。在做的過(guò)程當(dāng)中，我就想知識(shí)還是應(yīng)該通過(guò)工程實(shí)際去總結(jié)、歸納，同時(shí)也加深了解。還有課本上的知識(shí)轉(zhuǎn)變成實(shí)際應(yīng)用時(shí)更是要多加思考，就比如這次的直線插補(bǔ)法，教材上是講通過(guò)梯形近似來(lái)逼近給定的直

9、線的，但在本次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中考慮到閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)方向以及它的連續(xù)性，我就再?zèng)]用梯形逼近而是直接利用斜率計(jì)算了，這樣控制器輸出的結(jié)果抖動(dòng)將更小，控制效果更佳。附：系統(tǒng)軟件代碼#include<stdio.h>#define T 2/采樣周期float y=0.0;int x=0;int t1=tb,t2=tc,t3=td,t4=te,t5=tf,t6=tg;/線段定參考坐標(biāo)點(diǎn)int Ra=a,Rb=b,Rc=c,Rd=d,Re=e,Rf=0,Rg=0;int err=0,err1=0,err2=0;/誤差參量int err_sum=0;void main(void)while(1)t=t+

10、T;x0=read;x1=x,x2=x1,x3-x2,x4=x3;(x0>x1)?(max=x0,min=x1):(max=x1,min=x0);if(max>x2)if(min>x2)min=x2;else max=x2;if(max>x3)if(min>x3)min=x3;else max=x3;if(max>x4)if(min>x4)min=x4;else max=x4;x=(x0+x1+x2+x3+x4-max-min)/3;y=0.021368*x-37.5;/直線ab段坐標(biāo)變換（第一象限）K1=(Rb-Ra)/(t1-t0);/直線cd段坐

11、標(biāo)變換（第二象限）K2=(Rd-Rc)/(t3-t2);/直線ef段坐標(biāo)變換（第二象限）K3=(Rf-Re)/(t5-t4);if(t<t1)/直線ab段r=Ra+K1*(t-t0);err=r-y;Uout=q0*err+q1*err1+q2*err2;/PIDerr1=err;err2=err1;else if(t<t2)/直線bc段(r=Rb;err=r-y;Uout=Kp*err+Ki*err_sum;/PIerr_sum+=err;)else if(t<t3)/直線cd段r=Rc+K2*(t-t2);err=r-y;Uout=q0*err+q1*err1+q2*err2/PIDerr1=err;err2=err1;err_sum=0;else if(t<t4)/直線de段r=Rd;err=r-y;Uout=Kp*err+Ki*err_sum;/PIerr_sum+=err;else if(t<t5)/直線df段r=Re+K3*(t-t