温度控制系统的建模与综合设计毕业设计论文.doc

华中科技大学文华学院 毕业设计(论文) 题目：温度控制系统的建模与综合设计 学生姓名： 　　 学号： 　　　　　　 学部（系）： 　　　　　　　　　　 专业年级： 　　　　　　 指导教师： 　　　 职称或学位： 　　　 目录 摘 要 4 Abstract 5 1 绪论 7 1.1课题的目的及研究意义 7 1.2国内外研究及发展趋势 7 1.3几种常见的控制方法 8 1.3.1 PID控制 8 1.3.2串级控制 9 1.3.3智能控制 10 1.3.4自适应控制 10 1.4 本文的主要研究内容及预期目标 11 2 被控对象的数学模型及控制策略 12 2.1被控对象的数学模型 12 2.2 PID控制的基本理论 12 2.3 PID控制器的参数整定的方法 13 2.3.1衰减曲线法 14 2.3.2临界比例带法 14 2.3.3动态参数法 15 2.3.4经验法 17 2.3.5四种工程整定方法的比较 17 2.4 串级控制系统的设计 18 2.4.1 主、副回路的设计原则 18 2.4.2主、副调节器的选型 19 2.4.3主、副回路的匹配 20 3 系统的仿真研究 22 3.1仿真环境及工具箱 22 3.2 MATLAB的主要功能 22 3.3 Simulink仿真环境 23 3.4 PID控制 24 3.4.1单回路控制时系统仿真 24 3.4.2串级控制时系统仿真 26 3.4.3单回路与串级控制时系统仿真对比 28 结束语 30 主要参考文献 31 致谢 32 温度控制系统的建模与综合设计 摘 要 温度是工业控制的主要被控参数之一，如在冶金、机械、食品、化工、印染、石油加工等工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等，可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。本文研究合适的控制方案对温度进行控制，技术要求是调节时间短，超调量为零且稳态误差在士1℃内。 本文中主要以PID算法为主要研究对象。PID控制器的一个特别的优势是两个PID 控制器可以一同被使用以产生更好的动态特性。这被称作串联PID控制。在串级控制，有二个PID控制器控制另一个参数值。一个PID控制器担任外环控制器，例如易流动物体或者速度控制主要物质参数。另一控制器担任内环控制器，读取外环控制器的输出，通常控制改变更迅速的参数。数学上可以证明，通过使用串联的PID 控制器，控制器的工作频率被增加，目标的时间常数被降低。 最后针对已建立的温度控制系统利用不同的控制策略进行了实验研究。利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验，通过对实验数据的研究和分析表明本文中所使用的串级控制系统的合理性和有效性。 关键词: PID控制器 串级控制 Matlab仿真 Temperature control system of modeling and integrated design Abstract Temperature is one of the main parameters controlled in the industrial process control, for example in the metallurgy industry, machinery industry, food industry, chemical industry, print industry and the petroleum-processing industry etc., various kinds of heaters and reactors are extensively used. But it is very difficult to control temperature well because of some characteristics of the temperature itself. For example temperatures inertia is great, its time-lag is serious and it is difficult to establish accurate mathematical model of the object. This paper is to study an adapt control method to control the temperature of the electric oven, the technology demand of control method is: