某溫度控制系統(tǒng)的MATLAB仿真

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課 程 設 計 報 告題 目 某溫度控制系統(tǒng)的MATLAB仿真 （題目C）專心-專注-專業(yè)過程控制課程設計任務書題目C：某溫度控制系統(tǒng)的MATLAB仿真一、 系統(tǒng)概況：設某溫度控制系統(tǒng)方塊圖如圖：圖中Gc(s)、Gv(s)、Go(s)、Gm(s)、分別為調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、過程對象及溫度變送器的傳遞函數(shù)；，且電動溫度變送器測量范圍（量程）為50100OC、輸出信號為420mA。Gf(s)為干擾通道的傳遞函數(shù)。二、系統(tǒng)參數(shù)二、 要求：1、分別建立仿真結構圖，進行以下仿真，并求出主要性能指標：(1)控制器為比例控制，其比例度分別為10、20、50、100、200時，系統(tǒng)廣義對

2、象輸出z(t)的過渡過程；(2)控制器為比例積分控制，其比例度20，積分時間分別為TI1min、3min、5min、10min時，z(t)的過渡過程；(3)控制器為比例積分微分控制，其比例度10，積分時間TI5min，微分時間TD = 0.2min時，z(t)的過渡過程。 2、對以上仿真結果進行分析比對，得出結論。3、撰寫設計報告。注：調(diào)節(jié)器比例帶的說明比例控制規(guī)律的輸出p(t)與輸入偏差信號e(t)之間的關系為式中，Kc叫作控制器的比例系數(shù)。 在過程控制儀表中，一般用比例度來表示比例控制作用的強弱。比例度定義為式中，(zmax-zmin)為控制器輸入信號的變化范圍，即量程；(pmax-pmi

3、n)為控制器輸出信號的變化范圍。 這時 與Kc 便互成倒數(shù)關系，即： 但如果調(diào)節(jié)器的輸入、輸出不是相同性質的信號，則系數(shù)K1，需要根據(jù)量程和輸出信號范圍進行計算。例：某溫度系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器為電動比例調(diào)節(jié)器，配用的電動變送器測量范圍為40150 OC，輸出為420mA，若選用比例度 =10%，問該比例調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Kc為多少？解：仿真過程一，控制器為比例控制P對于比例控制器：其傳遞關系為：控制器的傳遞函數(shù)為：純比例控制仿真結構圖如下：（1）當比例度為10 即仿真圖中Kc為3.2，給定值和階躍擾動分別設置為80，10則有仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如圖：其主要性能指標如下：上升時間tr

4、=2.4min; 峰值時間tp=3.2min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=3； 穩(wěn)態(tài)誤差=10OC（2）比例度為20 ，將仿真圖中Kc參數(shù)改為1.6即可，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：主要性能指標如下：上升時間tr=3min; 峰值時間tp=4min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=2； 穩(wěn)態(tài)誤差=5OC（3）比例度為50 ，將圖1中K參數(shù)改為0.64即可，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：主要性能指標如下：上升時間tr=4.2min; 峰值時間tp=5min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=1； 穩(wěn)態(tài)誤

5、差=-5OC（4）比例度為100 ，將圖1中K參數(shù)改為0.32即可，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：由圖可知比例度度為100時，最大值小于80，達不到系統(tǒng)要求的穩(wěn)定范圍（5）比例度為200 ，將圖1中K參數(shù)改為0.16即可，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：由圖可知比例度度為200時，最大值同樣小于80，達不到系統(tǒng)要求的穩(wěn)定范圍。二，控制器為比例積分控制PI其傳遞關系為：控制器的傳遞函數(shù)為：建立比例積分仿真結構圖如下：（1）比例度20，積分時間為TI1min由比例環(huán)節(jié)可知，比例系數(shù)為1.6，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：由于系統(tǒng)為發(fā)散型，所以不穩(wěn)

6、定，各項指標沒有意義（2）比例度20，積分時間為TI3min把仿真圖中PI控制器改為， 仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：主要性能指標如下：上升時間tr=2.7min; 峰值時間tp=4.2min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=2； 穩(wěn)態(tài)誤差=20OC（3）比例度20，積分時間為TI5min 把仿真圖中PI控制器改為，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：主要性能指標如下：上升時間tr=2.7min; 峰值時間tp=4.2min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=2； 穩(wěn)態(tài)誤差=10OC（4） 比例度20，積分時間為TI10min 把

7、仿真圖中PI控制器改為，仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖：主要性能指標如下：上升時間tr=2.7min; 峰值時間tp=4.2min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=2； 穩(wěn)態(tài)誤差=2OC三，控制器為比例積分微分控制PID其傳遞關系為：控制器地傳遞函數(shù)為：已知要求為比例度10，積分時間TI5min，微分時間TD = 0.2min，所以建立仿真結構圖如圖：仿真得系統(tǒng)廣義對象輸出z(t)的過渡過程如下圖主要性能指標如下：上升時間tr=2.4min; 峰值時間tp=3.4min；最大超調(diào)量；過渡時間ts=10min;震蕩次數(shù)N=2； 穩(wěn)態(tài)誤差=0OC分析結論（1）比例

8、控制：由比例控制過程的仿真可知，當從10%，20%，50%，100%，200%變化過程中，Kc逐漸減小。隨著Kc的逐漸減小，系統(tǒng)的響應速度，超調(diào)量都減小，但是當Kc少于0.32以后，系統(tǒng)響應變慢，且系統(tǒng)達不到調(diào)節(jié)要求。由此可知，比例系數(shù)Kc越大，系統(tǒng)響應越快，但是過大時會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但是如果Kc過小，也不能達到調(diào)節(jié)要求，系統(tǒng)響應慢，靜態(tài)特性差。（2）比例積分控制：從仿真的結果來看，隨著積分時間的增加，積分的控制作用在減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性在加強。積分控制主要是消除靜差，積分作用的強弱同時取決于積分時間的長短。采用比例積分調(diào)節(jié)控制，可以實現(xiàn)誤差調(diào)節(jié)。（3）比例積分微分控制：由仿真過程可以看出，運用PID調(diào)節(jié)，不僅可以消除誤差，由于微分環(huán)節(jié)的加入，還能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是一種比較理想的調(diào)節(jié)方式。收獲與體會 通過本次課程設計，使我對比例控制，比例積分控制，以及比例積分微分控制（PID）三種系統(tǒng)控制手段有了一個更深的認識，從單它們一的控制作用，再到三者對比，使我基本理解了它們的控制規(guī)律，也認識到了它們各自的控制優(yōu)勢與不足。同時我也熟悉了MATLAB運行環(huán)境，掌握了Simulink的仿真過程。這次課程設計也使我學到了很多書本之外的東西。在課設的過程中，通過查找資料及同學之間的探討，使自己將理論知識上