某温度控制系统系统地MATLAB仿真文档格式.docx

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Gf（s）为干扰通道的传递函数。

二、系统参数

二、要求：

1、分别建立仿真结构图，进展以下仿真，并求出主要性能指标：

（1）控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z（t）的过渡过程；

（2）控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为TI＝1min、3min、5min、10min时，z（t）的过渡过程；

（3）控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD=0.2min时，z（t）的过渡过程。

2、对以上仿真结果进展分析比对，得出结论。

3、撰写设计报告。

注：

调节器比例带δ的说明

比例控制规律的输出p（t）与输入偏差信号e（t）之间的关系为

式中，Kc叫作控制器的比例系数。

在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。

比例度δ定义为

式中，（zmax-zmin）为控制器输入信号的变化围，即量程；

（pmax-pmin）为控制器输出信号的变化围。

这时δ与Kc便互成倒数关系，即：

但如果调节器的输入、输出不是一样性质的信号，如此系数K≠1，需要根据量程和输出信号围进展计算。

例：

某温度系统中，调节器为电动比例调节器，配用的电动变送器测量围为40～150OC，输出为4～20mA，假如选用比例度δ=10%，问该比例调节器的比例系数Kc为多少？

解：

仿真过程

一，控制器为比例控制P

对于比例控制器：

其传递关系为：

控制器的传递函数为：

纯比例控制仿真结构图如下：

〔1〕当比例度为δ＝10％

即仿真图中Kc为3.2，给定值和阶跃扰动分别设置为80，10

如此有仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如图：

其主要性能指标如下：

上升时间tr=2.4min;

峰值时间tp=3.2min；

最大超调量；

过渡时间ts=10min;

震荡次数N=3；

稳态误差=10OC

〔2〕比例度为δ＝20％

，将仿真图中Kc参数改为1.6即可，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

主要性能指标如下：

上升时间tr=3min;

峰值时间tp=4min；

震荡次数N=2；

稳态误差=5OC

〔3〕比例度为δ＝50％

，将图1中K参数改为0.64即可，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

上升时间tr=4.2min;

峰值时间tp=5min；

震荡次数N=1；

稳态误差=-5OC

〔4〕比例度为δ＝100％

，将图1中K参数改为0.32即可，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

由图可知比例度度为δ＝100％时，最大值小于80，达不到系统要求的稳定围

〔5〕比例度为δ＝200％

，将图1中K参数改为0.16即可，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

由图可知比例度度为δ＝200％时，最大值同样小于80，达不到系统要求的稳定围。

二，控制器为比例积分控制PI

建立比例积分仿真结构图如下：

〔1〕比例度δ＝20％，积分时间为TI＝1min

由比例环节可知，比例系数为1.6，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

由于系统为发散型，所以不稳定，各项指标没有意义

〔2〕比例度δ＝20％，积分时间为TI＝3min

把仿真图中PI控制器改为，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

上升时间tr=2.7min;

峰值时间tp=4.2min；

稳态误差=20OC

〔3〕比例度δ＝20％，积分时间为TI＝5min

把仿真图中PI控制器改为，仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图：

〔4〕比例度δ＝20％，积分时间为TI＝10min

稳态误差=2OC

三，控制器为比例积分微分控制PID

控制器地传递函数为：

要求为比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD=0.2min，所以建立仿真结构图如图：

仿真得系统广义对象输出z（t）的过渡过程如如下图

峰值时间tp=3.4min；

稳态误差=0OC

分析结论

〔1〕比例控制：

由比例控制过程的仿真可知，当δ从10%，20%，50%，100%，200%变化过程中，Kc逐渐减小。

随着Kc的逐渐减小，系统的响应速度，超调量都减小，但是当Kc少于0.32以后，系统响应变慢，且系统达不到调节要求。

由此可知，比例系数Kc越大，系统响应越快，但是过大时会导致系统不稳定。

但是如果Kc过小，也不能达到调节要求，系统响应慢，静态特性差。

〔2〕比例积分控制：

从仿真的结果来看，随着积分时间的增加，积分的控制作用在减小，系统的稳定性在加强。

积分控制主要是消除静差，积分作用的强弱同时取决于积分时间的长短。

采用比例积分调节控制，可以实现误差调节。

〔3〕比例积分微分控制：

由仿真过程可以看出，运用PID调节，不仅可以消除误差，由于微分环节的参加，还能够提高系统的稳定性，是一种比拟理想的调节方式。

收获与体会

通过本次课程设计，使我比照例控制，比例积分控制，以与比例积分微分控制〔PID〕三种系统控制手段有了一个更深的认识，从单它们一的控制作用，再到三者比照，使我根本理解了它们的控制规律，也认识到了它们各自的控制优势与不足。

同时我也熟悉了MATLAB运行环境，掌握了Simulink的仿真过程。

这次课程设计也使我学到了很多书本之外的东西。

在课设的过程中，通过查找资料与同学之间的探讨，使自己将理论知识上升到实践的高度。

最后，感教师在我们学习过程中无私的指导。

附录：

参考文献

[1]邵裕森、戴先中：

过程控制工程.机械工业，2000〔5〕.[2]鄢景华：

自动控制原理.工业大学，2012〔10〕.[3]普格、丽兰：

控制系统CAD—基于MATLAB语言.机械工业，2010〔8〕.