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1、力学试验机温度控制系统设计摘要力学试验机现在已经广泛应用在各个机械工厂行业中，对各个工厂的高温合 金产品试样进行高温力学拉伸实验，从而能检验其产品的物理力学质量性能，使 其能安全有效的投入到生产中去，以前高温力学拉伸实验都是由技术工人凭借经 验进行人工操作，进行基于常规仪表的手动控制，控制效率非常低，而且由于炉 数较多其控制精度也很低，影响了高温力学拉伸实验的控制效果，从而影响了对 产品预估的质量。所以应采用PID控制算法对试验机进行炉温的自动控制。在力学试验机温度控制系统设计中力学试验机温度控制主要是控制电阻加热炉的温度，对于这个控制系统常规的PID控制就能达到控制效果，且具有一定得干 扰能
2、力，其控制效果比较理想，因此在这个温度系统设计中采用的是PID自适应控 制，同时还用计算机与数据采集ADA M模块进行对炉温的自动控制与数据管理，最 后利用Visual Basic6. 0语言设计一些主控程序和若干子程序模块和一些模型图 案来达到最终的设计标。这个控制系统的使用不仅大大减轻了工人的劳动强度，同时还提高了产品的 生产效率。也使力学试验机温度控制系统设计中充分利用了计算机监控系统的功 能与优势，该系统现已应用在全国各个股份有限公司力学试验室中，控制效果良 好，对钢厂合金产品的高温拉伸试验起到了很好的控制效果，为企业创造了可观 的经济效益。关键词：力学试验机，PID控制，Visual
3、 Basic6. 0，ADAM模块Mechanics Experiment Furnace Temperature ControlSystem DesignAbstractMechanics experiment furnace have already widely applied in each Machine shop profession now , it carries on the high temperature mechanics stretch experiment to each factorys heat-resisting alloy product test spec
4、imen, thus can examine its product the physical mechanics quality performance, it enables its safe effective investment to the production , The beforehand high temperature mechanics stretch experiment is relies on the experience by the technical worker to carry on the manual control, carries on base
5、d on the conventional measuring appliances hand control, the control efficiency is low, moreover, because the stove number are many its control precision to be also very low, has affected the high temperature mechanics stretch experiments control effect, thus has affected to the product estimate qua
6、lity. Therefore it should use the PID control algorithm to try the prototype to carry on the furnace temperature the automatic control.Mechanics experiment furnace temperature control mainly controls the resistance heating furnaces temperature in mechanics experiment furnace temperature control syst
7、em design, to the control system of conventional PID control ,it can achieve control effect, and has a certain disturbance ability , its control effect is quite ideal, and therefore uses system design in this temperature is the advanced PID adaptive control, Simultaneously also uses the computer and
8、 the data acquisition ADAM module carries on to the furnace temperature automatic control and the data management, finally make use of the Visual Basic6.0. language to design some master control programs and certain subroutine module and some model design to achieve the final project objective.This
9、control systems use not only greatly reduced workers labor intensity, meanwhile raised the product production efficiency. Simultaneously in mechanics experiment furnace temperature control system design has used the computer supervisory systems function and the superiority fully, this system already
10、 applied in the nation each Limited liability company mechanics test chamber, the control effect is good, to the steel mill alloy products high temperature pulling test very good control effect, has created the considerable economic efficiency for the enterprise.Key words: Mechanics experiment furna
11、ce; PID control; Visual Basic6.0; ADAM module目录摘 要 IAbstract II第一章 绪论 11.1 背景和意义11.2 国内研究现状概述21.3 本文的主要研究内容 3第二章 力学试验机的结构与原理 52.1试验机的基本结构52.2 热电偶测温电路的工作原理 62.3 电加热炉温度控制系统的特性 7第三章 PID 控制在力学试验机温度控制系统中的应用 93.1 力学试验机温度控制方案93.2 PID 控制 113.2.1 数字PID控制算法133.2.2增量式的PID控制算法153.2.3 阶跃响应辩识一阶近似模型的理论与方法173.2.4 P
12、ID参数自整定203.2.5 仿真研究21第四章 控制系统的硬件设计与软件设计254.1 硬件设计 254.1.1 工控机 264.1.2 A/D 模块 284.1.3 D/A 模块 294.1.4 固态继电器294.1.5 检测元件314.2 软件设计 324.2.1 主控模块334.2.2 实时操作与输出模块334.2.3 其他输出模块33第五章 结束语 34参考文献 35谢辞 37第一章 绪论1.1 背景和意义力学试验机现在已经广泛应用在各个机械工厂行业中，对各个工厂的高温合 金产品试样进行高温力学拉伸实验，用来测试在一定拉力和高温下金属试样力学 性能的试验设备，把被测试的试样放在一定温
13、度的炉子中，然后通过杠杆和砝码 给试样施加一定的压力。监测试样经过多长时间拉断，时间越长说明试样力学性 能越好 ，反之亦然，从而能检验其产品的物理力学质量性能，使其能安全有效的 投入到生产中去，一直以来，高温力学拉伸实验都是由技术工人凭借经验进行人 工操作，进行基于常规仪表的手动控制，控制效率非常低，而且由于炉数较多其 控制精度也很低，影响了高温力学拉伸实验的控制效果，从而影响了对产品预估 的质量。但是，随着时间的推移在力学试验机温度控制系统设计中现在出现了采 用先进的PID控制算法对试验机进行炉温的自动控制，这样就能大大提高温度控制 系统的控制精度1-4。并且还用计算机与数据采集ADAM模块
14、进行对炉温的自动控制 与数据管理。这个控制系统的使用不仅大大减轻了工人的劳动强度，同时还提高 了产品的生产效率。同时力学试验机温度控制系统设计中充分利用了计算机监控 系统的功能与优势，该系统现已应用在全国各个股份有限公司力学试验室中，控 制效果良好，对钢厂合金产品的高温拉伸试验起到了很好的控制效果，为企业创 造了可观的经济效益。1.2 国内研究现状概述在力学试验机温度控制系统设计中力学试验机温度控制主要是控制电阻加热 炉的温度，而根据不同工艺要求，对不同的高温合金产品测试温度不同，一般在 5001200C范围内。对于电阻加热炉这样的工作对象，在工作点附近的范围内其 动态特性近似于线性，对于这个
15、控制系统常规的PID控制就能达到控制效果，且具 有一定得干扰能力，其控制效果比较理想，因此在这个温度系统设计中采用的是 PID自适应控制，而在硬件设计部分中的A/D接口采用的是ADAM模块。ADAM数据采 集模块(简称ADAM模块)由台湾研华(ADVANTECH)公司研制开发。研华公司主要从事 工控产品的研制开发，其产品包括：控计算机、工控模块和各种工控板卡等。 ADAM 模块是该公司的一个产品系列，即ADAM4000系列。不同功能的ADAM模块被命名以 4XXX的代号。ADAM系列是一种模块内内置微控制器，传感器到计算机接I的智能 设备。这些模块通过发出ASCII码格式的简单命令集，并以RS
16、-485通讯协议发进 予以遥控。模块提供信号调理、隔离、调整量程、A/D和D/A转换、数据比较及数 据通讯功能。ADAM模块采用+ 10V- +30V直流电供电，建议使用+24V。ADAM模块种 类很多，常用的是其中的两个型号是ADAM-4050, ADAM-4017，而在力学试验机温 度控制系统设计中采用到的ADAM模块有：ADAM-4018,它是16位8通道A/D转换模块, ADAM-4520，隔离式RS-252 / 485转换模块。在力学试验机温度控制系统设计中采 用K型热偶检测试验炉的两段炉温，检测的电压信号输入到ADAM-4018模块中，转 换成温度信号，输入到计算机中。力学试验机温度控制系统设计中系统控制软件 在Windows平台环境下运行，将会运用到Visual Ba
