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文档简介

第9章自动控制系统设计实例9.1引言9.2温度控制器的设计与实现9.3倒立摆控制系统设计与实现9.4小结9.1引言 通过前面章节的学习，我们已经了解并掌握了自动控制系统的基本概念、基本原理、分析与设计的基本方法，在石油化工、发电厂、冶金行业中自动控制应用的案例很多。这里，主要通过两个自动控制系统的设计案例，即温度控制器和倒立摆控制系统的设计，更好地学习自动控制原理在实践中的应用，激发学生的实践创新与创造精神，达到理论与实践的完美结合。9.2温度控制器的设计与实现

在工业生产过程及日常生活中，温度是一种常用且需要控制的参数。在冶金、化工等诸多领域中，人们均需要对各类加热炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。此外，各类家用电器，包括空调、热水器、烤箱等。可以说，任何物理变化和化学变化的过程都与温度密切相关，温度的检测和控制广泛应用于社会生活的各个方面，也是实现生产过程自动化的重要任务之一。

本设计选用当前工业控制领域中常用的热电阻(Pt100)、热电偶和数字式半导体温度传感器(DS18B20)作为温度感知元件，并分别设计温度测量和信号调理电路，选用市场上常见的开水煲制成的简易微型电阻炉作为被控过程，完成多种控制算法(包括常规PID控制、增量式PID控制、不完全微分型PID）。此外，在实现基本控制目标的前提下，本设计还自定义了无线通信协议，编写了友好人机交互界面，借助无线通信模块实现控制器参数实时改变，控制过程实时监控的功能等，发展成为可用于控制理论教学实践的典型实验平台。小结

本章主要结合对自动控制原理的学习，以温度控制和倒立摆控制作为两种典型控制系统设计，进一步验证了PID和LQR控制算法在实际控制系统中的应用，对温度控制可通过人工设定或自整定PID控制器的参数对系统进行控制，该方法适用性强。

对本身是一个多变量、不稳定、复杂的非线性倒立摆系统，可利用现代控制理论实现其稳定性控制。

本章对倒立摆控制系统的设计实现算法采用状态反馈的极点配置法和LQR最优控制方法进行。为了便于读者自行设计系统，这里的两种典型控制系统案例均采用相同的控制芯片，并创新性地加入无线通信协议和人机交互界面，实现由计算机实时传输控制参数和实时监测系统状态的功能。此外倒立摆系统还创新性地设计实现

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