控制原理应用实践报告(电阻炉温度控制装置.docxVIP

上海电力学院课程设计报告 课名： 控制原理应用实践题目： 电阻炉温度控制装置院系： 自动化工程学院 专业： 班级： 姓名： 学号： 时间： 一、 具体控制问题的提炼二、 控制对象的特性研究三、 控制规律的选择 四、 控制系统仿真实验及控制参数整定五、 控制方法的改进 六、 控制效果的分析七、 心得及体会 参考文献 [1]杨平等著.自动控制原理—实验与实践篇[M].北京：中国电力出版社，2011.10. [2]杨平等著.自动控制原理—理论篇[M].北京：中国电力出版社，2009. 杨平等著.自动控制原理—练习与测试篇[M].北京：中国电力出版社，2012.9 附录 一、具体控制问题的提炼 温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。电阻炉则是一种以电热丝的电阻发热为要素的常见电加热设备，多用于产生恒定的温度场。电加热炉是典型工业过程控制对象，其温度控制具有升温单向性，大惯性， 纯滞后，时变性等特点，很难用数学方法建立精确的模型和确定参数。而PID 控制因其成熟，容易实现，并具有可消除稳态误差的优点，在大多数情况下可以满足系统性能要求。 将 PID 控制算法引入传统的加热炉控制系统构成智能模糊控制系统， 利用模糊控制规则自适应在线修改 PID 参数，构成模糊自整定：PID 控制系统，借此提高其控制效果。基于PID 控制算法，以单片机为主体，构成一个能处理较复杂数据和控制功能的智能控制器，使其既可作为独立的单片机控制系统，又可与微机配合构成两级控制系统。该控制器控制精度高， 具有较高的灵活性和可靠性。 电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部 A／D 转换器将其转换成数字量。此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后。一方面将炉窑温度经人机面板上的LCD 显示：另一方面将该温度值与被控制值（由键盘输入的设定温度值） 比较，根据其偏差值的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后触发可控硅导通（即控制电阻炉平均功率）。达到控制电炉温度的目的。如果实际测得的温度值超过了该系统所要求的温度范围， 单片机就向报警装置发出指令，系统进行报警。 二、控制对象的特性研究 一种典型的管式热电偶检定炉的数学模型为 利用 MATLAB 软件对被控对象数学模型进行分析： 对被控系统的时域性能分析 在 MATLAB 中，绘制原系统的单位阶跃响应曲线如图 2-1 所示。 System: sysFinal System: sys Final Value: 0.999 System: sys Rise Time (sec): 0.586 1.8 System: sysPeak amplitude: 1.66 System: sys Peak amplitude: 1.66 1.4 Overshoot (%): 66 At time (sec): 1.59 1.2 System: sys Settling Time (sec): 14.7 ed 1 putil m A p  0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10  Time (sec)  15 20 25 图 2-1 原系统的单位阶跃响应曲线 （1） 动态性能指标：超调量，峰值时间,上升 （1） 动态性能指标：超调量 ，峰值时间 ,上升 时间 ，过渡过程时间 。 （2） 稳态误差：当设定值为 （2） 稳态误差 ：当设定值为 400 时，稳态误差 ，当 设定值为 800 时，稳态误差 . 绘制闭环系统的零极点图如图 2-2 所示。 Root Locus E ditor for Open Loop 1 (OL1)2 Root Locus E ditor for Open Loop 1 (OL1) 2 .5 1 .5 0 0.5 -1 1.5 0 xsi A x ag a m I - - -2 -0.5 -0.45 -0.4 -0.35 -0.3 -0.25 Real Axis  -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 由图可知， 闭环系统的主导极点， 阻尼比图 由图可知， 闭环系统的主导极点 ， 阻尼比 。被控系统的根轨迹图 。 绘制被控系统的根轨迹图如图 2-3 所示。 R R oot Locus 4 3 sixA yra amni am I 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 R eal Axis 图 2-3 被控系统的根轨迹图 被控对象的频域分析 被控系统的奈氏图分析 绘制开环系统的奈氏图如图 2-4 所示