1.基本要求

　　一升水由1kw的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內由人工設定，并能在環境溫度降低時實現自動調整，以保持設定的溫度基本不變。

　　2.主要性能指標

　　a. 溫度設定范圍：30-90℃，最小區分度為1℃。

　　b. 控制精度：溫度控制的靜態誤差≤1℃。

　　c. 用十進制數碼顯示實際水溫。

　　d. 能打印實測水溫值。

　　3.擴展功能

　　a. 具有通信能力，可接受其他數據設備發來的命令，或將結果傳送到其他數據設備。

　　b. 采用適當的控制方法實現當設定溫度與環境溫度突變時，減小系統的調節時間和超調量。

　　c. 溫度控制的靜態誤差≤1℃。

　　d. 能自動顯示水溫隨時間變化的曲線。

　　第2節 總體方案設計

　　2.1總體方案的確定

　　2.1.1、控制方法選擇

　　由于水溫控制系統的控制對象具有熱存儲能力大，慣性也較大的特點。水在容器內的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環節。一般來說，熱過程大多具有較大的滯后，它對任何信號的響應都會推遲一段時間，使輸出與輸入之間產生相移。對于這樣一些存在大的滯后特性的過渡過程控制，一般來說可以采用以下幾種控制方案：

　　（1）輸出開關量控制：

　　對于慣性較大的過程可以簡單地采用輸出開關量控制的方法。這種方法通過比較給定值與被控參數的偏差來控制輸出的狀態：開關或者通斷，因此控制過程十分簡單，也容易實現。但由于輸出控制量只有兩種狀態，使被控參數在兩個方向上變化的速率均為最大，因此容易硬氣反饋回路產生振蕩，對自動控制系統會產生十分不利的影響，甚至會因為輸出開關的頻繁

　　動作而不能滿足系統對控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統對控制精度和動態特性要求不高的情況下采用。

　　（2）比例控制（P控制）

　　比例控制的特點是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對應關系。當負荷變化時，抗干擾能力強，過渡時間短，但過程終了存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、允許被控量在一定范圍內變化的系統。使用時還應注意經過一段時間后需將累積誤差消除。

　　a. 比例積分控制（PI控制）

　　由于比例積分控制的特點是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使得過渡過程結束時無余差，但系統的穩定性降低。雖然加大比例度可以使穩定性提高，但又使過渡時間加長。因此，PI控制適用于滯后較小、負荷變化不大、被控量不允許有余差的控制系統，它是工程上使用最多、應用最廣的一種控制方法。

　　b. 比例積分加微分控制（PID控制）

　　比例積分加微分控制的特點是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成正比例，它對克服對象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎上加上微分作用，使穩定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，PID控制適用于負荷變化大、容量滯后較大、控制品質要求又很高的控制系統。

　　結合本例題設計任務與要求，由于水溫系統的傳遞函數事先難以精確獲得，因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統對控制品質的要求。但從以上對控制方法的分析來看，PID控制方法最適合本例采用。另一方面，由于可以采用單片機實現控制過程，無論采用上述哪一種控制方法都不會增加系統硬件成本，而只需對軟件作相應改變即可實現不同的控制方案。因此本系統可以采用PID的控制方式，以最大限度地滿足系統對諸如控制精度、調節時間和超調量等控制品質的要求。