控制基础课程实践报告-基于PID的炉温控制系统设计与仿真.docVIP

电气工程与自动化学院 控制基础课程实践报告 （控制基础课程实践） 题 目：基于PID的炉温控制系统设计与仿真 专业班级：自动化101班 学 号学生姓名： 指导老师： 2012年12月24日 目录 摘 要 0 第一章 绪 论 1 1.1 课题背景及意义 1 1.2 MATLAB GUI在控制系统中的应用 1 1.3 本文工作简述 2 第二章 PID控制器的设计 3 2.1 PID控制原理与程序流程 3 2.1.1 模拟PID调节器 3 2.1.2 数字PID控制器 4 2.1.3 PID算法的程序流程 4 2.2 微分先行PID控制器 5 2.3 电阻炉系统数学模型的建立 6 第三章 GUI图形用户界面设计 8 3.1 MATLAB的GUI的界面设计 8 3.2 GUI界面的建立 8 第四章 系统仿真性能的研究 14 4.1 基于Sumilink的PID仿真 14 4.2 微分先行和输入滤波PID 控制算法 14 4.3 系统性能测试 15 参考文献 18 致谢 19 摘要 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。MATLAB环境中图形界面的设计技术构建线性系统仿真教学软件，其特点是可通过系统的传递函数模型对时域及频域的响应进行系统分析，并且可以进行PID控制算法，在学习的基础上，微分先行PID控制器，使得系统暂态性能和稳态性能较好，在调节时间、抑制超调量、稳定性都要好。 关键词：算法第一章 绪 论 1.1 课题背景及意义 然而近年来随着热处理工艺广泛应用于加工过程,热处理中温度的控制精度和控制规律的优劣直接影响到热处理工艺的好坏。电阻炉是热处理工艺中应用最多的加热设备,研究电阻炉温度控制方法具有重要意义。工业生产中广泛应用工业炉，如在冶金、化工等工矿企业以及宾馆、学校、商场等公共场所。当前，电阻炉温度控制的主要问题是：由于电阻炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，炉温控制具有单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点。例如，其升温单向性是由于电阻炉的升温、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很难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。 通过调节PID调节器的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd来实现对电阻炉的温度控制。当系统处于平衡状态时，炉温将稳定在给定值上，从而实现了电阻炉的温度控制。其目的是：利用现有的设备来实验，去了解要实现一个控制系统，它所需的最基本的思想、过程以及解决问题的思维方法。制作一个MATLAB GUI界面来实时观察，也可作为自控原理、过程控制系统辅助设计和分析的工具。可以帮助全面、深入、细致地掌握控制系统的分析、设计及控制器整定的基本步骤和方法。参与改变模型参数, 进行仿真分析, 观察不同仿真结果, 当模型参数变化时,仿真曲线的变化能够同时看到。 本课题以目前国际上流行的MATLAB语言为开发工具，研究并实现控制系统仿真软件，充分利用了MATLAB提供的强大功能。 1.2 MATLAB GUI在控制系统中的应用 MATLAB是控制系统计算机辅助分析与设计的一个卓越平台，具有开放的环境、功能极强的矩阵运算、图形绘制、数据处理、各种工具箱以及像“草稿纸”一样的工作空间等许多优点，为控制工程基础的教学提供了一个连续的、有实用价值的工具。但命令繁多，分析起来过于零散，难于对控制系统的性质有个整体的掌握，困此．编制一个辅助教学工具箱是必要的。在MATLAB开发平台中，有可视化编程能力很强的图形用户界面GUI，设计相应的控制系统辅助课程教学工具箱是完全可行的。 借助 MATLAB语言有中具有可视化编程能力很强的图形用户界面GUI，构建控制系统 CAI课程教学应用软件的使用环境，开发出操作简捷，形式灵活，界面友好，实用性强的人机对话窗口，提供一个方便的软件操作平台，计算机辅助分析与设计得到简化，同时也能提高学生动手分析与设计系统的主动性和创造性。 使用本软件教学系统，除了控制系统模型的参数设置通过键盘输入以外，其他的全部工作都只需用鼠标选择菜单的操作来完成，且无需任何编程操作。 1.3 本文工作简述 第一章 介绍 MATLAB 语言在自动控制系统仿真中应用的意义以及它的发展和应用。 第二章 介绍控制系统的基本理论，PID控制器的设计（包括PID控制）。 第三章 对MATLAB GUI进行介绍，了解它的特点、功能及应用。详细论述控制系统仿真软件的设计原理、思路、步骤、方法。 第四章 通过控制系统仿真软件对具体实例进行仿真，