基于大林算法的炉温控制仿真

《基于大林算法的炉温控制仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电气工程及自动化学院课程设计报告（控制基础实践）题目：基于大林算法的炉温控制仿真专业班级：自动化101班姓名：周强学号：33号指导老师：杨国亮2012年12月22日摘要电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。  常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温

2、。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制。在温度控制技术领域中，普通采用PID控制算法。但是在一些具有纯滞后环节的系统中，PID控制很难兼顾动、静两方面的性能，而且多参数整定也很难实现最佳控制。若采用

3、大林算法，可做到无或者小超调，无或小稳态误差。大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。本设计主要采用大林算法来实现炉温控制，并与PID算法进行比较。关键词：PID控制；大林算法；控制算法；MATLAB目录第一章系统方案11.1设计任务和要求11.2大林算法11.3PID算法3第二章设计流程52.1大林算法软件设计流程图52.2PID算法程序设计流程图5第三章设计过程及结果73.1G

4、UI界面设计73.1.1GUI界面的建立73.1.2制作GUI界面93.2Simulink设计103.2.1大林算法Simulink103.2.2PID控制算法Simulink113.3程序设计123.3.1大林算法编程123.3.2PID控制算法编程143.4两种算法的比较16第四章总结17致谢18参考文献19附录201、大林算法程序202、PID控制器算法程序20基于大林算法的炉温控制仿真第一章系统方案1.1设计任务和要求已知电阻炉对象数学模型为其中，k=12,T=400,，电阻炉的温度设定为1000℃.要求：(1)设计大林控制算法；(2)设计PID控制器，并与PID算法进行比较；

5、(3)改变模型参数，考察模型扰动下系统性能变化情况。1.2大林算法在一些实际工程中，经常遇到纯滞后调节系统，它们的滞后时间比较长。对于这样的系统，往往允许系统存在适当的超调量，以尽可能地缩短调节时间。人们更感兴趣的是要求系统没有超调量或只有很小超调量，而调节时间则允许在较多的采样周期内结束。也就是说，超调是主要设计指标。对于这样的系统，用一般的随动系统设计方法是不行的，用PID算法效果也欠佳。针对这一要求，IBM公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。该算法具有良好

6、的控制效果。大林算法中D(z)的基本形式设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，其传递函数分别为：（1-1）（1-2）其中为被控对象的时间常数，为被控对象的纯延迟时间，为了简化，设其为采样周期的整数倍，即N为正整数。21基于大林算法的炉温控制仿真由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即，其中由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是（1-3）于是数字控制器的脉冲传递函数为（1-4）D(z)可由计算机程序实现。由上式可知，它与被控对象有关。下面分别对一阶或二阶纯滞后环节进行讨论。一阶惯性环节的

7、大林算法的D(z)基本形式当被控对象是带有纯滞后的一阶惯性环节时，由式（1-1）的传递函数可知，其脉冲传递函数为：将此式代入（2-4），可得（1-5）式中：T——采样周期：———被控对象的时间常数；———闭环系统的时间常数。二阶惯性环节大林算法的D(z)基本形式当被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节时，由式（1-1）的传递函数可知，其脉冲传递函数为21基于大林算法的炉温控制仿真其中，将式G(z)代入式（1-3）即可求出数字控制器的模型：（1-6）