基于FreescaleHCS2系列单片机的结晶器振动控制系统——PID算法实现.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统 ——PID算法实现IV毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于Freescale HCS12系列单片机的结晶器振动控制系统——PID算法实现摘　　要结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，是连铸机心脏设备之一它的功能是将不断注入其内腔的高温钢水强制冷却，导出热量，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯结晶器振动装置的主要功能是使结晶器按照给定的振幅、频率和波形振动，其目的是防止铸坯在凝固过程中与结晶器壁粘结而出现粘结漏钢事故经典控制理论PID控制是较常采用的控制策略，在控制系统中仍有广泛应用。

PID控制器，具有结构简单、易于实现等特点由于工业技术的发展，传统的模拟PID控制不能解决快速性和稳态特性之间的矛盾，不能适应工业发展的要求本设计基于Freescale HCS12系统单片机，通过D/A5660产生振动波形，传感器与A/D7367采集结晶器振动信号并反馈给单片机，并在单片机内进行PID运算，输出控制信号此外，PID参数可通过键盘调整希望通过研究结晶器振动系统的特性，采用改进型数字PID控制策略对结晶器的振动波形进行控制，以使其能够适应工业应用要求关键词：结晶器；飞思卡尔；HCS12；单片机；PID控制；增量型式PID；Series Vibration Control System Mold Based on the Freescale Hcs12 MCU— PID AlgorithmAbstractCrystallizer is a continuous casting mold in the shape of the casting equipment, also the one core equipment of the continuous casting machine. Its function is to force cooling the high-temperature molten steel which is continuously injected into its cavity, and derive heat. Gradually the high-temperature molten steel would be solidified into the cross-section with required shape and billet shell thickness. The main function of the vibration device of crystallizer is to force the Crystallizer moving according as the giving amplitude, frequency and wave. Its purpose is to avoid the casting adhesive bonding to the crystallizer wall during the solidification process.As the PID control of classical control theory is a control strategy in common use, it’s also widely used in the control system now. PID controller has the features as simple structure, easy to implement and so on. In view of the development of industrial technology, the traditional PID control is unable to resolve the contradiction between speediness and steady-state characteristics. It can not meet the requirements of industrial development.This design is based on the Freescale HCS12 systematical microcontroller, which can control the crystallizer's vibration by the waveform generated through D/A5660, sensors and A/D7367 collect the vibration signal, and then feedback it to the microcontroller, finally it runs the PID operation in the single-chip, output the controlling signals, in addition, PID parameters can be adjusted through the keyboard. By studding the characteristics of the vibration system, using the improved digital PID control strategy control the crystallizer's vibration waveform, which is to enable them to meet the requirements of industrial application.keywords：Crystallize; Freescale; HCS12; PID control;目 录摘　　要 IAbstract II第一章　引 言 11.1连铸结晶器简介 11.1.1　结晶器的功能与发展 11.1.2　连铸结晶器的振动规律 21.2　HCS12单片机 41.2.1 微处理器与嵌入式系统的发展 41.2.2 MC9S12外部接口与最小系统 61.3 PID控制的运算规律和构成 131.3.1　PID控制的原理和特点 131.3.2　PID算法的数字化 17第二章　硬件设计 202.1　设计思路 202.2　方案选择 202.2.1　PID调节器方案比较与选择 202.2.2 键盘方案的比较与选择 21第三章　软件设计 233.1 软件设计思想 233.2 各模块功能 233.2.1 PID算法模块 243.2.2 键盘功能模块 263.2.3 串口发送模块 283.2.4 定时器中断处理模块 30第四章　程序调试 314.1　调试PID参数的一般原则和方法 314.2　程序运行结果 32第五章　总结 34参考文献 35附录A源程序 36附录B硬件电路图 53致 谢 54第一章　引 言1.1连铸结晶器简介1.1.1　结晶器的功能与发展结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备之一。

它的功能是将不断注入其内腔的高温钢水强制冷却，导出热量，使之逐渐凝固成为具有所需断面形状和坯壳厚度的铸坯结晶器质量的好坏对提高拉坯速度防止漏钢、减少铸坯的裂纹、变形等有十分重要的意义因此对于结晶器必须具有良好的导热性能，钢水进入后能够迅速形成足够的初生坯壳，还有较强的耐磨性和较长的使用寿命及有良好的刚性和结构工艺性结晶器工艺图如图1-1所示图1-1结晶器工艺图连铸是连续铸钢的简称，它是把炼钢和轧钢衔接起来的一项工艺，即使冶炼的合格钢水，在浇注过程中经过结晶和凝固，成为具有一定形状的铸坯连铸具有金属收得率高、节约能源、铸坯质量高、有利于实现机械化和自动化等一系列优点回顾连续铸钢的发展历史，直至二十世纪三十年代，结晶器振动装置才开始应用于有色金属的浇注而在这之前，连铸结晶器是固定不动的在拉坯过程中，坯壳极易与结晶器壁发生粘结从而导致拉不动或拉漏事故，因此浇铸速度很低据有关文献记载，1913年瑞典人皮尔逊（A·H·Pehrs。