過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！題目：溫度控制系統(tǒng)設(shè)計姓名：學(xué)號：班級：指導(dǎo)教師：設(shè)計電熱水壺度控制系統(tǒng)方案，使系統(tǒng)滿足85度至95度熱飲需要。（一）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立要分析一個系統(tǒng)的動態(tài)特性，首要的工作就是建立合理、適用的數(shù)學(xué)模型，這也是控制系統(tǒng)分析過程中最為重要的內(nèi)容。數(shù)學(xué)模型時所研究系統(tǒng)的動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，或者更具體的說，是系統(tǒng)輸入作用與輸出作用之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在本系統(tǒng)中，被控量是溫度。被控對象是由不銹鋼水壺、2Kw電加熱絲組成的電熱壺。在實驗室，給水壺注入一定量的水，將溫度傳感器放入水中，以最大功率加熱水壺，每隔30s采樣一次系統(tǒng)溫度，記錄溫度值。在整個實驗過程中，水量是不變的。經(jīng)過試驗，得到下表所示的時間-溫度表：表1采樣時間和對應(yīng)的溫度值34567采樣時間t溫度值℃采樣時間t溫度值℃2810793611864312935013986472（1kk可以用下式求得：x（2）過程時間常數(shù)和滯后時間可用兩點法求得：ttT=21ytyt**12tyt)]tyt)]=**2112yt)]yt)]**12選取系統(tǒng)終值100t=90s℃=0.36t=300s=0.86y(t)y(t)**1212得到K=0.8，T=138.1,=28.3系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：0.8K=138S1（二）基于MATLAB的PID仿真(1)PID控制算法目前大部分溫度控制器還是采用PID控制算法，PID控制是比例—積分—微分控制，PID控制是最早發(fā)展起來的、應(yīng)用領(lǐng)域至今仍然廣泛的控制策略之一。它是基于對象數(shù)學(xué)模型的方法，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。這種算法對固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的，一般都得到比較滿意的控制效果。其調(diào)節(jié)品質(zhì)取決于PID控制器各個參數(shù)的整定，但是對不同的溫度控制對象要用不同的PID參數(shù)，而且參數(shù)整定比較麻煩。①比例系數(shù)P對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減??；P偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長；P太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；P太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感P的符號選擇不當(dāng)對象測量值就會離P的符號就一定要取反。②積分控制I對系統(tǒng)性能的影響：I小（積分作用強(qiáng)）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分作用可以改善動態(tài)特性，DD偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長；只有D合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。通過MATLAB的SIMULINK功能搭建系統(tǒng)仿真模型如圖2所示：PID整定后的系統(tǒng)響應(yīng)波形如圖3所示：（三）系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用直接交流調(diào)壓方式。通過雙向可控硅，對正弦電壓采用移向觸發(fā)控制。這種方式可以方便的調(diào)節(jié)電熱壺的輸入功率，減少控制主電路的發(fā)熱損耗，提高系統(tǒng)電壓利用率和整體效率。系統(tǒng)主電路的電路圖如圖4所示：圖4系統(tǒng)主電路電路圖系統(tǒng)控制電路采用單片機(jī)控制。通過采樣正弦電壓過零點，結(jié)合單片機(jī)的PWM輸出，對正弦電壓進(jìn)行調(diào)制。系統(tǒng)控制電路的電路圖如圖5所示：圖5系統(tǒng)控制電路的電路圖控制電路將實際溫度和設(shè)定溫度顯示在4位數(shù)碼管上。分階段比較設(shè)定溫度和實際溫度的偏差，實現(xiàn)對溫度的精確控制。一旦達(dá)到設(shè)定溫度，系統(tǒng)自動停止加熱，一旦溫度低于設(shè)定溫度，系統(tǒng)自動施加電壓，始終保持設(shè)定溫度。（四）系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖6所示：NY執(zhí)行中斷函數(shù)圖6系統(tǒng)軟件控制流程圖℃℃試驗表明，系統(tǒng)能夠很好的跟隨給定值，沒有超