基于PID的炉温控制系统设计及仿真.pdfVIP

广东技术师范学院学报 Journalof Normal 2005年第6期 GuangdongPolytechnicUniversity 基于PID的炉温控制系统设计及仿真 向 丹1’2 喻寿益1 摘 要：根据电烤炉炉温的控制特点，针对温控系统的大纯滞后性，采用了带Smith预估器的数字PID控制器 设计方案，对控制算法和控制软件进行了设计．并应用仿真技术，选择适当的调节参数，使系统达到了满意的控制 效果． 关键词：温度控制；数字PID控制器；Smith预估器 924 中图分类号：TM 文献标识码：A 控制电压．本设计还由计算机和光电耦合起来实现 1 引言 晶闸管的触发，这样不仅提高了晶闸管触发的可靠 温控系统已成为工业生产、科研活动中的一个 性，灵活性，而且还为进一步提高触发精度和实现整 重要组成部分，能否成功的将温度控制在所需的范 个系统的多功能提供了必要条件． 围内可能关系到整个活动的成败．本设计是针对电 Smith预估器由于能通过模型把对象的滞后预 烤箱炉温(这一系统可近似的看作一阶惯性滞后环 估出来并实现补偿，被认为是解决时滞系统控制问 题的有效办法．本设计加入了史密斯(Smith)预估 节)，采用带Smith预估器的数字PID控制方法对其 进行控制，从而满足生产过程提出的各式各样的要 器．经补偿后的闭环控制系统，消除了滞后部分对 求．一般的温控系统为大纯滞后系统，这类系统不 控制系统的影响，式中的滞后不再影响系统的稳定 性，只是系统的输出在时间上滞后了一个时间，而调 稳定且系统的反馈性能较差．由于Smith预估器从 理论上便于解决大纯滞后系统的稳定性问题，故本文 节器的设计及参数选择仍和没有滞后环节一样，实 设计了一个带Smith预估器的温控系统，该系统能有时控制达到了满意的效果． 效抑制大纯滞后的影响，且实现简单，可靠性好． 2带Smith预估器控制器的设计 2．1温控系统的补偿原理 2 系统组成 根据我们的实验结果，我们可以近似的把电烤 箱看作是一个具有自衡能力的对象，可用一阶魄性 1．系统原理及特点 CH艄—60电烤炉是一个带微机控制接口的环节和一个延时环节来近似，即其传递函数为Gp 1 电烤炉，本设计是以该电烤炉为控制对象，研究电烤 1t』00 炉炉温的调节规律及控制系统的结构，用数字程序控 制方法编写程序控制炉温，并进行了计算机仿真． A转换器归为保持器范围，系统中采用零阶保持器， 本设计采用微型计算机控制的数字PID控制系 1 ．一Ts 统，可用微型机完成PID控制运算、信号检测、采样、 d 晶闸管触发等功能，并可通过显示器观察温控曲线． 补偿器的补偿原理知，系统的闭环传递函数为： 采用热敏电阻传感器作为温度检测元件；本设计中， G。(|s)G