温度控制系统研究综述【文献综述】.doc

1、 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 温度控制系统研究综述 摘要： 随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。本文简单介绍了温度控制系统的研究现状，并详细介绍了温度控制 器 的三个主要组成部分。 关键字： 温度控制 ；温度检测； 模糊 PID 控制 引言 现代信息技术的三大基础是信息采集控制（即温度控制器技术），信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产，科学研究和生活等领域，而且人们生活环境的需求，温度控 制器的数量日渐上升 1。 对于温度控制，以往，在实际的温度控制系统

2、中，多采用热敏电阻器或热电偶测量温度，后来又有继电器、 PLC、单片机，专用工控机等 .实现方法不同的测温方式有不同的优缺点：对于热敏电阻器这种温度采集电路有时需要冷端补偿电路，这样就增加了电路的复杂性，而且该种电路易受干扰，使采集到的数据准确性不高 2；继电器具有零电压导通，零电流关断，灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好，耐腐蚀、抗干扰、寿命长、体积小，能以微小的控制信号直接驱动大电流负载等优点，但也存在通态压降，需要散热措施，有输出漏电流 ，交直流不能通用，导通后的管压降大，触点组数少，成本高等缺点； PLC 主要应用于强电方面的工业控制，或者整条流水线的控制，相对于单片机的功耗要大，单个

3、 CPU价格昂贵，但比较稳定 3；单片机适合于实时工业控制，相对于微机价格较为低廉，可编程性和可扩展性强；专用工控机配置硬盘容量小、数据安全性低且存储选择性小 45。 温度控制系统研究现状 温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。 温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类控制器采用金属片或充气式膜盒感测温度，使用波段开关调整风速。但这类控制器由于它外观陈旧，控制精度差，容易打火，功能单一等缺点，已被淘汰，现在已被智能电子式温度控制器全

4、面取代 6。 当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于 PLC 的温度控制系统，基于工控机（ IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（ DCS），现场总线控制系统（ FCS）等。 现在温度控制 器 大致可以分为三部分：温度检测部分，温度控制部分和显示部分。 1 温 度检测部分：温度检测部分是温度系统最关键部分，它直接影响整个温度控制系统。在集成温度传感器出现以前，多采用热电偶温度传感器和热电阻温度传感器。热电偶温度传感器将温度转变为电动势，它的优点主要在于结构简单，使用方便，但 它灵敏度比较低，容易受到环境的信号干扰，也容易受到前置放大器温漂的影响，不适合测量微小的温度变

5、化。热电阻传感器是利用电阻值随温度升高而增大这一特性 7。 现在随着半导体集成电路的发展，多采用集成温度传感器，它的工作原理是利用 PN 结的温度特性制成，同传统的温度传感器相比，优点在于灵敏度高，线性好，不需要线性补偿，测量重复性好，响应速度快，但它需要用放大器，滤波器等电路进行信号放大 8。如今，很多地方也使用了 DS18B20 数字温度传感器，它的测量范围为 -50 至 +125 ，精度可达到0.1 ，不需要 A/D 转换电路，直接将温度值转换成数字量 9。 2 温度控制部分：对于温度控制，可以采用单片机控制或者 PLC 控制，实现温度控制的方法很多，有采用模拟电路实现的，也有采用计算机

6、构成的智能控制。模拟控制温度的方法主要有开关式控制法、比例式控制法和连续式控制法。这三者属连续式控制法最为精确，而且电路最为复杂。智能控制方法主要包括模糊控制，神经网络和遗传算法控制等 10。由于温度控制具有升温单向性，大惯性、大滞后等特点， 使温度控制器控温产生一种惯性温度误差，这 很难用数学方法建立精确的模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果， 要解决温度控制器这个问题，就要有一套很好的控制方法，传统模拟系统中的控制器已有一套成熟的方法，其中以 PID 控制器为代表。 PID控制器原理简单，易于实现，适用范围广等优点 11。但随着模糊技术的反展，可以采用模拟控制为基础的温度智

7、能控制系统，人工智能中的模糊控制技术，采用 PID 与模 糊控制技术相结合的 PID 模糊技术，是更为明智的选择。 PID 模糊控制，是针对以上的情况而制定的、新的温度控制方案，用先进的数码技术通过 Pvar、 Ivar、 Dvar 三方面的结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问 12 13。 模糊控制和 PID 控制结合的形式有多种：模糊 -PID 复合控制；比例 -模糊 -PI 控制；模糊 -积分混合控制；参数模糊自整定 PID 控制，较常用的是模糊 -PID 复合控制和参数模糊自整定 PID 控制两种方法。 3 温度显示部分：显示处理模块主要完成人机交互作用，具体实现可以采用将

8、采样温度值 ，设定温度值以字符的形式通过液晶显示出来，可以采用 HT1621 作为显示驱动器；也可以采用 LED 数码管进行显示 14。 如今，智能温度控制器正朝着高精度、总线标准化、高可靠性及安全性以及网络化虚拟化方向迅速发展；其中包括提高温度控制器测温精度和分辨力；增加温度控制器测试功能；温度控制器总线技术的标准化与规范化；温度控制器可靠性及安全性设计；虚拟温度器和网络温度控制器的设计。 总结与展望 温度在工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等部分中，都是最基本的检测参数之一。特别是化学工业自动化系统中，一 般温度检测占全部检测点的 50以上，可见温度检测的重要性所在 15。

9、随着科学技术的不断发展，各企业对温度检测技术提出了更高的要求适应性更强、精度更高、性能更稳定、并具有智能功能的新一代温度检测仪表。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。我们需要取长补短，设计出更新型的温度控制器。 参考文献 1 罗淳 .模糊自整定 PID 的温室温度控制器的设计 D武汉科技大学； 2 徐翔 .基于 AT89S52 单片机与 DS18B20 的温度控制系统的设计 C.中国矿业大学计算机科学与技术学院； 3 巫莉 .电气控制与 PLC 应用 M.中国电力出版社， 2008；

10、4 杜生海 ,邢闻译 . FPGA设计指南 M.北京 :人民邮电出版社 ,2007,12； 5 赵世霞 . VHDL与微机接口设计 M.北京 :清华大学出版社 ,2004,7； 6 王志刚 .现代电子线路 M.第四版 .北京：清华大学出版社 .2008； 7 路而红 .专用集成电路设计与电子设计造化 M.清华大学出版社， 2004； 8 高西全，丁玉玉 .数字信号处理 M.西安电子科技大学出版社 .2008； 9 李业德，唐诗 .单片机与 DS18B20 组成的多点温度测控系统 J.山东工程学院学报 第 15 卷第4 期 2001； 10 李士勇 .模糊控制，神经控制和智能控制论 J.哈尔滨工业大学出版社； 11 江孝国，王婉丽，祁双喜 .高精度 PID 温度控制器 J.2000； 12 庞晓青 ,彭自强 .工业控制计算机 J.(武汉理工大学自动化学院，湖北武汉， 430070)2007 年20 卷第 3 期； 13 刘文慰，葛锁良 . AT89C2051 在自适应模糊 PID 温度控制器中的应用 J.合肥工业大学电气与自动化工程学院 第 30 卷第 1 期 2004； 14 邬国杨 .模拟电子技术 M.西安电子科技大学出版社 2002； 15 王树勋 . MCS 一 51 单片微型计算机原理与开发 M北京机械工业出版社；