计算机控制大作业2

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1、计算机控制技术作必设计设计题目：基于MATLAB的电炉溫度的控制算法比较及仿真实验系别：电子电气工程系班级:09电气工程及其制动化（2）班姓名:潘明升学号：200995014067设计题目及要求:题目:基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究*1设某电炉控制对象的控制模型为w(5)=^ps,运用所学知识，对其控制算法进行研究并运用MATLAB編程或者simulink模块进行仿真比较，给出最优控制算法结论。1.炉温变化范围：0~500G,要求实现某一温度的恒温控制2.炉温变化参数要求：ls^80S;超调量&彡10%;静态误差ev

2、<2°C3.至少采用PID算法、Smith预估控制算法、达林算法等三种不同算法作对比研究实验完成后，用A4纸撰写研究报告，主要包括:1、2、3、4、5、6、研究对象分析说明；各算法简介；各仿真程序或者仿真连接图；各仿真结果；每种仿真结果的小结；对每种算法作总结比较，总结各自特点，讨论得出本电炉温度控制的理想算法研究的对象及其说明:该系统的被控对象为电炉，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0~5伏时对应电炉温度20~~220°C，温度传感

3、器测量值对应也为0~5伏，炉温变化曲线要求参数：过渡时间彡100min;超调量静态误差2°C。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

4、会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。一一、Smith算法1、算法简介设计及分析由于Smith预估器能通过模型把对象的滯后预算出来并实现补偿，被认为是解决时滯系统控制问题的有效办法，于是在实验中加入史密斯预估器，经过补偿后的控制系统，消除了滯后部分对滯后系统的影响，于是算法中的滯后不在影响系统的稳定性，只是在系统的输出在时间上滯后一个一个时间，而调节器的设计及参数的选择任然和么有滯后环节一样，实时控制达到稳定的效果！可以近似的把电炉看作是一个具有自衡能力的对象，可用一介惯性环节和一个延时环节来近似，即其传递曲数为：l+7bS算式中To

5、—电炉的时间参数；T--电炉的滯后时间，K为比例常数：这里K二1,To=10,t二3。在加入滯后环节以后可将框图1-1中原被对象中的滯后环节移到闭环之外，系统的稳定性就不在受滯后环节的影响；只是系统的输出在时间上滯后一个时间T，而调节器的在加入滯后环节以后，可将框图1中原被控对象中的滯后环节移到闭环之外，系统的稳定性就不在受滯后环节的影响；只是系统的输出在时间上滯后一个时间T,调节器的设计及参数选择可以和没有滯后环节一样，在反馈通道中串入一个超前环节的反馈控制系统，输入信号y（t）经过一个超前环节形成反馈信号丫（s）后再进入调节器，因

6、此，这个反馈信号在时间上超前输出信号一个时间t,也就是丫（t）二y（t+T）由此可见，这样的反馈实际是通过对信号丫（t）的预估产生的，从而使调节器产生超前控制作用。图1-1系统Smith的控制方框图经过补偿后的广义补偿对象为:11+1052.系统控制参数整定为了使系统无静态误差，再次选用pi控制方式，采用试误法整定参数。试误法：在调试的过程中，根据PID参数与系统时间响应之间的基本关系如表1-2所示。表1-2PID参数与系统的时间参数响应之间的基本关系参数变化趋势响应速度系统的稳定性Kp增大加快降低Ki增大加快降低Kd增大加快升高(1

7、)系统整定图(采用PI调节器)TransportDefayl图1-3系统的simuIink仿真图(2)系统的被控环节对象TransferT,af,sPortDeli/图1-4被控环节的对象(3)PI调节器环节图1-5PI控制器的环节(4)选择合适的Kp,Ki,Kd是系统的仿真效果趋于理想状态。当选定Kp二0.1,Ki=0.08；阶跃响应如1-6所示，其温控过程中的指标为超调量(7%二11.5%,响应上升时间大约为t=17s,稳态温差ess〈0.1°C。11Vtr11r1.2卜«!-•*參*#•I*•Jr./:0冰f…■*9•瓣，♦•攀

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