过程控制系统课程设计报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1采样时间和对应的温度值34567采样时间t温度值℃采样时间t温度值℃2810793611864312935013986472（1kk可以用下式求得：x（2）过程时间常数和滞后时间可用两点法求得：ttT=21ytyt**12tyt)]tyt)]=**2112yt)]yt)]**12选取系统终值100t=90s℃=0.36t=300s=0.86y(t)y(t)**1212得到K=0.8，T=138.1,=28.3系统开环传递函数：0.8K=138S1（二）基于MATLAB的PID仿真(1)PID控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID控制算法，PID控制是比例—积分—微分控制，PID控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。它是基于对象数学模型的方法，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。这种算法对固定参数的线性定常系统是非常有效的，一般都得到比较满意的控制效果。其调节品质取决于PID控制器各个参数的整定，但是对不同的温度控制对象要用不同的PID参数，而且参数整定比较麻烦。①比例系数P对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。P可以选负数，这主要是由执行机构、传感P的符号选择不当对象测量值就会离P的符号就一定要取反。②积分控制I对系统性能的影响：I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。微分作用可以改善动态特性，DD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。通过MATLAB的SIMULINK功能搭建系统仿真模型如图2所示：PID整定后的系统响应波形如图3所示：（三）系统硬件设计系统的硬件设计采用直接交流调压方式。通过双向可控硅，对正弦电压采用移向触发控制。这种方式可以方便的调节电热壶的输入功率，减少控制主电路的发热损耗，提高系统电压利用率和整体效率。系统主电路的电路图如图4所示：图4系统主电路电路图系统控制电路采用单片机控制。通过采样正弦电压过零点，结合单片机的PWM输出，对正弦电压进行调制。系统控制电路的电路图如图5所示：图5系统控制电路的电路图控制电路将实际温度和设定温度显示在4位数码管上。分阶段比较设定温度和实际温度的偏差，实现对温度的精确控制。一旦达到设定温度，系统自动停止加热，一旦温度低于设定温度，系统自动施加电压，始终保持设定温度。（四）系统软件设计系统软件控制流程图如图6所示：NY执行中断函数图6系统软件控制流程图℃℃试验表明，系统能够很好的跟随给定值，没有超