基于matlab的电炉温度控制算法比较及仿真研究大学论文.doc

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1、课设计设计题目：基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究系别：电子电气工程系班级：XX级电气XX班姓名：XX　　学号：XXXXXXXXX指导老师：XXXXXXXX目录课程设计12010级期末考查题目4一摘要5二课程设计的目的及分析5三总设计61、PID算法的设计及分析61.1控制算法的确定61.2数学模型的建立61.3PID控制仿真模型81.4仿真结果分析92、Smith预估控制算法设计的及分析92.1方案设计92.2负反馈调节器D(z)的确定102.3采用Matlab系统仿真102．4仿真结果分析113、达林算法的设计及分

2、析113.1数学模型113.2在本设计中，对象的控制要求123.3采样周期的选择123.4确定期望闭环传递函数123.5振铃现象133.6达林算法仿真模型143.8仿真结果分析15四达林算法、PID算法、Smith预估控制算法三种算法比较164.1达林算法164.2PID算法164.3Smith预估控制算法16五设计结果及结论17《计算机控制技术》2010级期末考查题目一、题目基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究二、说明:设某电炉控制对象的控制模型为，运用所学知识，对其控制算法进行比较研究并运用MATLAB编程或者sim

3、ulink模块进行仿真，从而给出最优控制算法结论。三、要求：1.炉温变化范围：0—200℃，要求实现80℃温度的恒温控制；2.炉温变化参数要求：≤80S；超调量≤10℅；静态误差≤2℃。3.至少采用三种算法（如PID算法及其改进算法、Smith预估控制算法、达林算法或者其他算法等）做算法对比研究。4、可以自己在基本要求基础上，增加其他算法研究，如：各种PID改进算法、模糊控制算法等。5、截取每种算法的算法连接图或者程序以及对应的仿真结果一摘要随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万

4、化。计算机测控技术的出现，使得传统的电子测量在原理、功能、精度和自动化程度上发生了巨大的变化，使科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。温度控制的关键在于测温和控温两个方面。温度测量是温度控制的基础，这方面的技术比较成熟。但由于控制对象的越来越复杂，在温度控制方面还存在许多问题。本论文提出了基于采用PID算法、Smith预估控制算法、达林算法三种算法作对比研究的工业电阻炉温度计算机控制系统的设计，并利用仿真软件MATLAB／SIMULINK对控制算法进行了仿真，同时对先进的控制算法进行了研究。二课程设计的目的及分析该系统的被控对

5、象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0~5V时对应电炉温度0~~200℃，温度传感器测量值对应也为0~5V，炉温变化曲线要求参数：≤80s；超调量≤10℅；静态误差≤2℃。该系统利用单片机可以方便地实现对各参数的选择与设定，实现工业过程中控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的

6、控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。三总设计1、PID算法的设计及分析1.1控制算法的确定PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等

7、。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数字PID完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID控制算法。系统的结构框图如图3-1所示：图3-1系统结构框图1.2数学模型的建立具有一阶惯性纯滞后特性的电阻炉系统，其数学模型可表示为：Gs=Ke-τsT1s+1（2-1）在PID调节中，比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，的加大，会引起系统的不稳定；积分控制的作用是：只要系统存在误差，积分控制作用就不断地

8、积累，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分控制可以使减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系