电炉温度控制算法比较研究及仿真.doc

宝鸡文理学院 课 程 设 计 设计题目：电炉温度控制算法比较研究及仿真 系 别： 电子电气工程系 班 级：08电气工程及其制动化（3）班 姓　 　名： 魏航铭 指 导 教 师： 梁绒香 电子电气系电气专业2008级 综合课程设计任务书一． 掌握所学课程的知识综合应用，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使学生的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高 二．题目:电炉温度控制算法比较研究及仿真（一、设计要求，运用所学知识，对其控制算法进行研究并运用MATLAB的simulink模块进行仿真比较，给出最优控制算法结论。（二、设计1. 炉温变化曲线要求参数： 过渡时间≤100min；超调量≤10℅；静态误差≤2℃。 2. 温度的变化范围为20～220℃，保温值为200℃ 3. 至少采用PID算法、Smith预估控制算法、达林算法三种算法作对比研究三．给定条件： 1、认真查阅资料 ２、遵守课程设计时间安排 ３、按时上机，认真调试程序；连接硬件，软硬件联调，实现功能 ４、认真书写报告 五、报告书写格式 １、课程设计封皮 ２、课程设计任务书 ３、正文 （1）设计题目分析2）总体方案设计分析、讨论3）算法原理 （4）仿真结果 （5）结论4. 设计总结和心得体会完成设计方案天3、完成硬件电路设计、软件编写天4、5、 运行每个同学的程序、审阅课程设计报告，根据下面的标准给每位同学评定课程设计考试成绩。 1、原理设计的正确（60%）2、知识点运用得当（10%） 3、原理设计合理 （20%） 4、.报告撰写准确、无误（10%） 指导教师：梁绒香 一 摘 要 随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化。计算机测控技术的出现，使得传统的电子测量在原理、功能、精度和自动化程度上发生了巨大的变化，使科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。 温度控制的关键在于测温和控温两个方面。温度测量是温度控制的基础，这方面的技术比较成熟。但由于控制对象的越来越复杂，在温度控制方面还存在许多问题。 本论文提出了基于的工业电阻炉温度计算机控制系统的设计，并利用仿真软件MATLAB／SIMULINK对控制算法进行了仿真，同时对先进的控制算法进行了研究。 该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度20~~220℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，炉温变化曲线要求参数：过渡时间≤100min；超调量≤10℅；静态误差≤2℃。 该系统利用单片机可以方便地实现对各参数的选择与设定，实现工业过程中控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长， 否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。 三 课程总设计 一、达林算法的设计及分析 1.1数学模型 在本设计中，被控对象含有较大的纯滞后特性。被控对象的纯滞后时间使系统的稳定性降低，动态性能变坏，如容易引起超调和持续的振荡。对象的纯滞后特性给控制器的设计带来困难。一般的，当对象的滞后时间与对象的惯性时间常数Tm之比超过0.5时，采用常规的控制算法很难获得良好的控制性能。因此，具有纯滞后特性对象属于比较难以控制的一类对象，对其控制需要采用特殊的处理方法。因此，对于滞后被控对象的控制问题一直是自控领域比较关注的问题。1968年美国IBM公司的大林针对被控对象具有纯滞后特性的一类对象提出了大林算法这一控制算法。 大林算法要求在选择闭环Z传递函数时，采用相当于连续一节惯性环节的W（z）W（z） （3-1） 式3-1中为对象的时间常数且1=50s；q为对象的纯滞后时间且q=60s，K为对象