计算机控制技术大作业

《计算机控制技术大作业》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、计算机控制技术计算机控制技术大作业题目:基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究系别：电气工程及其自动化班级：09级电气（2）班姓名：-14-计算机控制技术学号：指导老师：梁绒香目录一、PID算法的设计及分析-3-1.1、PID控制算法简介-3-1.2、基于MATLAB仿真被控对象-4-1.3、PID控制器参数确定-5-二、SMITH预估控制算法设计及分析-6-2.1Smith算法简介-6-2.2、数字Smith预估控制系统-7-2.3采用Matlab系统仿真-7-三、达林算法设计及分析-8-

2、3.1达林算法简介-8-3.2确定期望闭环传递函数-9--14-计算机控制技术3.3基于MATLAB仿真被控对象-10-四、PID算法、数字SMITH预估控制算法、达林算法三种算法比较-11-五、参考文献-13-研究对象的分析-14-计算机控制技术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。炉温变换范围为0~500℃，炉温变化曲线要求参数：过渡时间≤80s；超调量≤10℅；静态误差≤2℃。该系统利用单片机可

3、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

4、无法及时消除，使调节品质下降。-14-计算机控制技术一、PID算法的设计及分析1.1、PID控制算法简介在一个控制系统中，将偏差的比例（P），积分（I）和微分（D）的增益通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，成为PID控制。PID控制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控制，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。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

5、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1-1所示.控制器执行机构被控对象温度检测与变送r(t)e(t)y(t)图1-1系统的结构框图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：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，-14-计算机控制技术的加大，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积累，输出控制量以消除误差，因

6、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，从而改善系统的动态性能。将P、I、D三种调节规律结合在一起，可以使系统既快速敏捷，又平稳准确，只要三者强度配合适当，便可获得满意的调节效果。1.2、基于MATLAB仿真被控对象采用simulink仿真，通过simulink模块实现积分分离PID控制算法。设采样时间Ts=100s，被控对象为：Simulink仿真

7、图如图1-2所示。图1-2Simulink仿真图1.3、PID控制器参数确定各参数对系统性能的影响：增大比例系数Kp，一般将加快系统的响应，有利于减小静差，但过大的Kp会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间Ti，有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间Td，有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。-14-计算机控制技术根据PID控制器的参数Kp,Ki,和Kd分别会对系统性能产生不同的

8、影响，因此通过“凑试法”反复调节才能使控制达到最佳状态，经过调节Kp,Ki和Kd，得到一组较优参数：Kp=1.75,Ki=0.11,Kd=0，在该组参数控制下，最大超调量≤10%，调节时间≤80s，稳定误差≤2℃，综合性能较好，满足被控要求。图1-3MATLAB仿真波形二、Smith预估控制算法设计及分析2.1Smith算法简介已知纯滞后负反馈控制系统其中D(s)为调节器传递函数，-14-计算机控制技术为对象传递函数，其中G0(s)e-0.1s包含纯滞后