计算机基于PID算法的模拟温度闭环控制系统..docxVIP

温度闭环控制系统仿真摘 要控制系统主要由控制器和控制对象两部分组成，通过一定的控制方法使系统达到所要求的控制性能。控制模式有开环控制、闭环控制和复合控制三种。所谓的开环控制是控制器与控制对象之间只有正向作用，没有反向联系，是一种单向的控制过程。如果控制器与控制对象之间既有正向作用又有反向联系，这种控制方式称为闭环控制或反馈控制。过程控制的基本算法很多，本实验主要采用PID控制算法。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。随着计算机进入控制领域，不仅可以用软件实现PID控制，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID控制更加灵活。关键词：PID控制 闭环 反馈目 录摘要………………………………………………………………….（1）1 设计任务和控制要求……………………………………………..（3）1.1设计任务…………………………………………………………………（3）1.2控制要求………………………………………………………………...（3）1.2.1被控对象……………………………………………………….（3）1.2.2设计要求…………………………………………………………..（3）2 设计方案…………………………………………………………….（3）2.1控制系统组成 …………………………………………………………（3）2.2 PID控制器的设计………………………………………………………...（4）3算法原理…………………………………………………………….（5）3.1数字PID控制算法……………………………………………………….（5）4 软件仿真………………………………………………………………………（6）5 实验结果及分析…………………………………………………………..（7）5.1 实验结果………………………………………………………………….（7）5.2结果分析…………………………………………………………………（7）6心得体会…………………………………………………………… （8）参考文献………………………………………………………………（9）1设计任务和控制要求设计任务计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，需要我们了解微型计算机控制理论、程序设计和接口技术等方面的基础知识，还需具备一定的生产工艺知识。设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、系统设计、控制软件的设计等，以便加深对PID控制算法设计的认识，学会PID控制算法的应用，掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法，做到理论与实践的结合。控制要求1.2.1 被控对象本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产生的零状态响应。传递函数表达式为：1.2.2 设计要求 要求系统能够快速响应，并且可以迅速达到期望的输出值。本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元 P、积分控制单元 I和微分控制单元 D 组成。其输入与输出的关系为式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。2 设计方案2.1 控制系统组成控制系统框图如图1所示。 图1 控制系统框图工作原理：在图1 所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位阶跃信号R的输出反馈给输入。在参数给定值R的情况下，给定值R与反馈值比较得到偏差 ，经过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R。2.2 PID 控制器的设计PID控制器则由比例、积分、微分三个环节组成。他的数学描述为：式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。下面把PID控制分成三个环节来分别说明：比例调节(P调节)式中 为比例系数，为控制常量，即偏差为零时的控制变量。偏差 。偏差一旦产生，比例调节立即产生控制作用，使被控制的过程变量u向使偏差减小的方向变化。比例调节能使偏差减小，但不能减小到零，有残存的偏差（静差）。加大比例系数可以提高系统的开环增益，减小静差，从而提高系统的控制精度。但当过大时，会使动态质量变差，导致系统不稳定。积分调节（I调节）在积分调节中，调节器输出信号的变化速度du/dt与偏差 成正比，即 或 其中为积分常数， 越大积分作用越弱。I调节的特点是无差调节，与P调节的有差调节形成鲜明对比。只有当被调节量偏差为零时，I调节器的输出才会保持不变。I调节的另一个特点是它的稳定作用比P调节差。采用I调节可以提高系统的型别，有利于系统稳态性能的提高，但积分调节使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角迟后，对系统的稳定性不利。微分调节（D调节）在微分调节中，调节器的输出与被调节量或其偏差对于时间的导数正