1、某温度控制系统系统地MATLAB仿真课 程 设 计 报 告题 目 某温度控制系统的MATLAB仿真 题目C过程控制课程设计任务书题目C:某温度控制系统的MATLAB仿真一、系统概况:设某温度控制系统方块图如图:图中Gc(s)、Gv(s)、Go(s)、Gm(s)、分别为调节器、执行器、过程对象与温度变送器的传递函数;,且电动温度变送器测量围量程为50100OC、输出信号为420mA。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10、20、50、100、200时,系统广义对象输出z(t)的过渡
2、过程;(2)控制器为比例积分控制,其比例度20,积分时间分别为TI1min、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10,积分时间TI5min,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,一般用比例度来表示比例控制作用的强弱。比例度定义为式中,(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
3、化围。这时 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K1,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40150 OC,输出为420mA,假如选用比例度=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
4、.2min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=3; 稳态误差=10OC2比例度为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;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=2; 稳态误差=5OC3比例度为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:主要性能指标如下:上升时间tr=4.2min; 峰值时间tp=5min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=1; 稳态误差=-5OC4比例度为100,将图1中K参
5、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100时,最大值小于80,达不到系统要求的稳定围5比例度为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其传递关系为:控制器的传递函数为:建立比例积分仿真结构图如下:1比例度20,积分时间为TI1min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20,积分时间为TI3min
6、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:主要性能指标如下:上升时间tr=2.7min; 峰值时间tp=4.2min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=2; 稳态误差=20OC3比例度20,积分时间为TI5min 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:主要性能指标如下:上升时间tr=2.7min; 峰值时间tp=4.2min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=2; 稳态误差=10OC4 比例度20,积分时间为TI10min 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
7、如如下图:主要性能指标如下:上升时间tr=2.7min; 峰值时间tp=4.2min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=2; 稳态误差=2OC三,控制器为比例积分微分控制PID其传递关系为:控制器地传递函数为:要求为比例度10,积分时间TI5min,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主要性能指标如下:上升时间tr=2.4min; 峰值时间tp=3.4min;最大超调量;过渡时间ts=10min;震荡次数N=2; 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,当从10%,20%,50%,100%
8、,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,
9、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,20005. 2 鄢景华:自动控制原理.工业大学,201210. 3 普格、丽兰:控制系统CAD基于MATLAB语言.机械工业,20108.
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