电烤箱温度控制系统设计.doc

第 PAGE 21页，共 NUMPAGES 21页 苏州市职业大学2014─2015学年第1学期试卷 《MATLAB工程应用》 （分散 A卷 开卷 设计） 出卷人 宋秦中 出卷人所在学院 电子信息工程学院 使用班级 12电子1,12电子2 班级 12 应用电子技术1 学号 127303110 姓名 施晓蓉 第 PAGE 1页，共 NUMPAGES 8页 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分 得分 评卷人 设计题（满分100分） 请在以下题目中任选一项完成设计 汽车运动控制系统设计； 电烤箱温度控制系统设计 汽车减震系统建模仿真； 汽车自动巡航控制系统的PID控制； 汽车怠速系统的模糊PID控制； 双闭环直流调速系统的设计与仿真 自选测控项目（给出你自选的题目） 本份试题选取项目为： 电烤箱温度控制系统设计 附评分细则： 评分标准 本设计试题得分情况 设计报告内容清楚，格式正确（30%） 程序设计合理（20%） 结果调试正确（30%） 态度与团队合作情况（20%） 《MATLAB工程应用》期末考试设计报告 第一章 概述 本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个基于MATLAB技术的PID控制器设计，并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。以下为此次课题的主要内容： (1) 完成PID控制系统及PID调节部分的设计 其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。 (2) PID最佳调整法与系统仿真 其中包含PID参数整过程，需要用到的相关方法有： b.针对有转移函数的PID调整方法 主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法。 (3) 将此次设计过程中完成的PID控制器应用的相关的实例中，体现其控制功能（初步计划为温度控制器） 第二章 调试测试 2.1进度安排和采取的主要措施： 前期：1、对于MATLAB的使用方法进行系统的学习和并熟练运用MATLAB的运行环境，争取能够熟练运用MATLAB。 2、查找关于PID控制器的相关资料，了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关PID控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。 3、查找相关PID控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成最终的实际应用环节。 中期：1、开始对PID控制器进行实际的设计和开发，实现在MATLAB的环境下设计PID控制器的任务。 2、通过仿真实验后，在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合，将其应用到实际应用中（初步计划为温度控制器）。 后期：1、完成设计定稿。 2、打印以及答辩工作地准备。 2.2被控对象及控制策略 2.2.1被控对象 本文的被控对象为某公司生产的型号为 CK-8的电烤箱，其工作频率为 50HZ，总功率为 600W，工作范围为室温 20℃-250℃。设计目的是要对它的温度进行控制，达到调节时间短、超调量为零且稳态误差在±1℃内的技术要求。 在工业生产过程中，控制对象各种各样。理论分析和实验结果表明:电加热装置是一个具有自平衡能力的对象，可用二阶系统纯滞后环节来描述。然而，对于二阶不振荡系统，通过参数辨识可以降为一阶模型。因而一般可用一阶惯性滞后环节来描述温控对象的数学模型。 所以， 电烤箱模型的传递函数为： （2-1） 式（2-1）中 K-对象的静态增益 T-对象的时间常数 τ-对象的纯滞后时间 目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号，测取过程对象的阶跃响 应，然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩（Cohn-Coon）公式确定近似传递函数[8-9]。 给定输入阶跃信号 250℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验数据如下表 2-1： 表 2-1 烤箱模型的温度数据 时间 t(m) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 温度 T(℃) 20 31 52 78 104 126 148 168 182 198 210 225 238 250 实验测得的烤箱温度数据 Cohn-Coon公式如下： (2-2) △M-系统阶跃输入；△C-系统的输出响应 t0.28-对象飞升曲线为0.28△C时的时间（分） t0.632-对象飞升曲线为 0.632△C时的时间（分） 从而求得K=0.92, T