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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

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