计算机控制作业--霍志兵.doc

宝鸡文理学院 计算机控制技术 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：09级电气工程及其自动化2班 姓　 　名： 霍志兵 学 号： 200995014044 指 导 教 师： 梁绒香 题目 基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究 二、要求，运用所学知识，对其控制算法进行研究并运用MATLAB编程或者simulink模块进行仿真比较，给出最优控制算法结论。三、1. 炉温变化范围：0~500oC，要求实现某一温度的恒温控制 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。 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算法、模糊控制算法等。 四、报告书写： 实验完成后，用A4纸撰写研究报告，主要包括： 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。 一、PID算法的设计及分析 1.PID控制算法 根据偏差的比例、积分、微分的线性组合，进行反馈控制（简称ＰＩＤ控制），是多年来，工业应用中最为广泛的一种控制规律，该控制方法出现于２０世纪三四十年代，适用于对被控对象模型了解不清楚的场合，都能得到比较满意的效果。 它具有原理简单、易于实现、参数整定方便、结构改变灵活、适应性强等优点，在连续系统中获得了广泛的应用。在计算机进入控制领域后，用计算机实现的数字PID算法代替了模拟PID调节器，这种控制规律的应用不但没有受到影响，而且有了新的发展，它仍然是当今工业过程计算机控制系统中应用最广泛的一种。 2.数学模型的建立 具有一阶惯性纯滞后特性的系统，其数学模型可表示为： （） 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。系统的结构框图如下： 系统的结构方框图 3、采用MATLAB仿真 采用simulink仿真，通过simulink模块实现PID控制算法。设采样时间Ts=3s，被控对象为： Simulink仿真图如图2-1所示。 KP=1.95 KI=0.2 KD=0（采用试凑法） 二、Smith预估控制算法设计的及分析 1、 Smith预估器控制理论 由于Smith预估器能通过模型把对象的滞后预算出来并实现补偿，被认为是解决时滞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，消除了滞后部分对滞后系统的影响，于是算法中的滞后不在影响系统的稳定性，只是在系统的输出在时间上滞后一个一个时间，而调节器的设计及参数的选择任然和么有滞后环节一样，实时控制达到稳定的效果！ 已知纯滞后负反馈控制系统，其中 其中D(s)为调节器传递函数，为对象传递函数，其中G0(s)e-0.1s包含纯滞后特性,纯滞后时间常数τ=0.1。 系统的特征方程为： 由于闭环特征方程中含有项，产生纯滞后现象，有超调或震荡，使系统的稳定性降低，甚至使系统不稳定。 为了改善系统特性，引入Smith预估器，使得闭环系统的特征方程中不含有项。 Smith纯滞后补偿的计算机控制系统为: 上图所示为零阶保持器，传递函数： 并且有：（为大于1的整数，T为采样周期）。 改进型Smith控制理论 Smith预估补偿控制实质上是PID调节器连续的向补偿器传递，作为输入而产生补偿器输出。补偿器与过程特性有关，而过程的数学模型与实际过程之间又有误差，所以这种控制方法的缺点是模型的误差会随时间累积起来，也就是对过程特性变化的灵敏度很高。为了克服这一缺点，可采用增益自适应预估补偿控制。 它在Smith补