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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
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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
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