MATLAB作业——工业炉温控制系统为例
基于MATLABSLMULINK语言的炉温模糊控制系统仿真
仿真工作原理模糊控制器的建立过程如下：在Matlab的主窗口中输入fuzzy即可调出模糊工具箱界面（1）设定误差E、误差变化率EC和控制量U的论域为 [-3 3]图1 模糊工具箱界面（2）设定E、EC、U的模糊集。
设为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB。
（3）设定隶属度函数。
有高斯型隶属度函数、三角型隶属度函数等。
E 和EC设为高斯型，U为三角型。
图2 输入E和EC参数设定界面图3输出 U参数设定界面（4）设定模糊控制规则。
根据论文的模糊控制规则如图所示图4 模糊控制表（5）根据规则表建立49条规则，完成后输出到Workspace,退出保存为X.fis。
图5 规则设定界面（6）根据系统框图建立如图仿真模型保存为luwen.mdl,和论文稍微不同在输入输出增加了饱和。
图6 仿真模型在Fuzzy控制器中关联上面设计的模糊控制，双击Fuzzy Logic Controller 输入X即可。
仿真结果在Matlab运行main.m直接查看结果。
图7 scope 结果图8 scope1 结果系统参数变化对系统性能的影响Ke、Kec和Ku三个权系数，查阅文献可知Ke和Kec对系统的动态性能影响较大，它们的大小意味着对输入误差和误差变化的不同加权程度，Ke 变大缩短上升时间，但是增大系统超调；Kec变大减小系统超调，但是响应速率变慢。
输出比例因子Ku也影响模糊控制系统的性能，Ku过小，系统的动态响应过程变长，Ku过大会导致系统震荡。
综合调整以上三个因子，获得所需要的控制性能。
赵江武2111302116。
基于MATLAB的炉温控制综述
基于MATLAB的炉温控制综述炉温控制在工业生产中具有重要的作用，可以实现炉子的安全运行和产品质量的稳定。
因此，炉温控制的研究一直是一个热点。
本文主要介绍了基于MATLAB的炉温控制的一些综述，包括炉温控制的基本原理、常用控制策略和MATLAB在炉温控制中的应用等方面。
1. 炉温控制的基本原理炉温控制的基本原理是通过控制炉内的供暖方式来控制炉内温度。
在工业生产中，常见的供暖方式有电热、燃气、燃油等。
炉温控制的主要任务是使炉内温度稳定在设定值附近，并能在一定的范围内波动。
炉温控制的难点在于炉内温度的变化是一个复杂的非线性过程，需要通过对热力学原理和物理学原理的研究来进行控制。
2. 常用的炉温控制策略常用的炉温控制策略包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
（1）PID控制PID控制是一种广泛应用的控制策略，通过对系统的误差、偏差和变化率进行计算来控制系统。
PID控制可以实现对炉温的精确控制，但由于炉内温度变化非常复杂，常常需要对PID控制进行优化才能得到令人满意的控制效果。
（2）模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，适用于变化性较大的控制系统。
模糊控制比PID控制更加灵活，可以根据实际情况对控制规则进行调整。
但模糊控制的缺点在于需要建立复杂的规则库，难以应用于不同类型的控制系统。
（3）自适应控制自适应控制是一种能够自行调整控制策略的控制方法。
自适应控制可以根据炉内温度变化的情况自动调整控制参数，从而实现对炉温的精确控制。
但自适应控制需要建立精确的模型，且系统复杂度较高，实现起来比较困难。
MATLAB是一种功能强大的科学计算软件，广泛应用于动态系统的建模和仿真等方面。
在炉温控制中，MATLAB可以通过建立热力学模型和控制模型来进行仿真和优化。
在控制策略的选择和优化方面，MATLAB提供了丰富的函数库和工具箱，如PID控制工具箱、模糊逻辑工具箱等。
通过MATLAB可以进行系统建模和控制器参数调整等操作，从而优化炉温控制系统的性能。
基于matalab温度控制系统设计论文初稿
第二章 被控对象及控制策略控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、结构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。
控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
2.1被控对象本文的被控对象电烤箱或者电炉的温度。
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：1)(+•=-TS e K S G s τ（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。
由于本文是对温度控制系统的控制方式（采用什么样的控制器）优劣的探究，所以对于控制对象不是主要的研究对象，这里取三组控制温度控制对象的模型)(S G 如下：1220)(5.01+=-S e S G s se 5.0-1420)(5.02+=-S e S G s)14)(12(20)(5.03++=-S S e S G s2.2 控制策略分别设计PID 和Fuzzy 控制器，并做多层次不同比较各自性能，得出最优控制方法。
其中Yd=1, 1)()2)0.1t d ξ⎧=⎨=⎩白噪声 方差0.0001确定干扰,采样周期为0.1s.2.3 控制器的模型2.3.1 PID 控制器的模型与设计)(11)(s E S T S T K s U d i p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=或写成传递函数形式：)11()()()(S T ST K S E S U S G d i p p ++==公式中U(s)和E （s ）分别是u （t ）和e （t ）的拉氏变换，其中p K 、i T 、d T 分别控制器的比例系数、积分时间常数、微分时间常数。
基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究
课程设计设计题目：基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究系别：班级：学号：姓名：指导教师：任务书一．设计的目的及意义掌握所学课程的知识综合应用，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。
通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使学生的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。
二．设计题目及要求1、设计题目：电炉温度控制算法比较研究及仿真（一）、设计要求: 设某电炉控制对象的控制模型为s e ss W 31011)(-+=，运用所学知识，对其控制算法进行研究并运用MATLAB 的simulink 模块进行仿真比较，给出最优控制算法结论。
（二）、设计要求1. 温度的变化X 围为:0～500℃，要XX 现某一温度的恒温控制。
2.炉温变化曲线要求参数：S t ≤80s ；超调量p σ≤10℅；静态误差v e ≤2℃。
3. 至少采用PID 算法、Smith 预估控制算法、达林算法等三种不同算法作对比研究。
4.可以自己在基本要求基础上，增加其他算法研究，如：各种PID 算法、模糊控制算法等。
三．报告书写格式实验完成后，用A4纸撰写研究报告。
其格式要求如下:1、课程设计封皮2、课程设计任务书3、正文（1）研究对象分析说明；（2）各算法简介；（3）各仿真程序或者仿真连接图；（4）各仿真结果；（5）每种仿真结果的小结；（6）对每种算法作总结比较，总结各自特点，讨论得出本电炉温度控制的理想算法。
4、 设计总结和心得体会5、参考文献指导教师：梁绒香时间：2012年5月26日一 摘 要随着科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等要求越来越高，控制系统也千变万化。
计算机测控技术的出现，使得传统的电子测量在原理、功能、精度和自动化程度上发生了巨大的变化，使科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真
基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真摘要在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PID控制器进行设计和仿真。
结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器。
关键词温度系统数学模型;参数整定;传递函数在钢铁冶炼过程中,越来越多地使用交流电弧炉设备,温控系统的控制性能直接影响到钢铁的质量,所以炉温控制占据重要的位置。
PID控制是温控系统中一种典型的控制方式,是在温度控制中应用最广泛、最基本的一种控制方式。
随着科学发展,各行各业对温控精度要求越来越高,经典PID控制在某些场合已不能满足要求,因而智能PID控制的引入是精密温控系统的发展趋势。
为了改善电弧炉系统恒温控制质量差的现状,研制具有快速相应的、经济性好的、适合国情的恒温控制装置具有十分重要的意义。
1温控系统模型的建立在Matlab6.5环境下,通过Simulink提供的模块,对电弧炉温控系统的PID控制器进行设计和仿真。
由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中。
开展数字PID控制的电弧炉控制系统模型使应用于生产实际的系统稳定性和安全性得到迅速改善。
1.1温控系统阶越响应曲线的获得在高校微机控制技术实验仪器上按以下步骤测得温度系统阶越响应曲线:1)给温度控制系统75%的控制量,即每个控制周期通过X0=255×75%=191个周波数,温度系统处于开环状态。
2)ATMEGA32L内部A/D每隔0.8s采样一次温度传感器输出的电压值,换算成实际温度值,再通过串口通讯将温度值送到电脑上保存。
使用通用串口调试助手“大傻串口调试软件-3.0AD”作为上位机接收数据并保存到文件“S曲线采集.txt”中。
3)在采集数据过程中,不时的将已经得到的数据通过“MicrosoftExcel”文档画图,查看温度曲线是否已经进入了稳态区;根据若曲线在一个较长时间里基本稳定在一个小范围值内即表明进入稳态区了,此时关闭系统。
基于MATLAB的锅炉水温与流量串级控制系统的设计
基于MATLAB的锅炉水温与流量串级控制系统的设计目录摘要 (1)Abstract (2)1 概述 (3)1。
1过程控制 (3)1。
2串级控制系统 (5)1。
3 MATLAB软件 (6)1。
4 MCGS组态软件 (7)2 PID控制器原理 (9)2.1 PID控制器简介 (9)2.2 PID控制系统 (10)2。
3 PID控制参数的整定及方法 (11)2。
3。
1 PID控制参数的整定简介 (11)2.3。
2 PID控制参数整定方法 (11)3 建立被控对象模型 (14)3.1 被控对象建模 (14)3。
2 测量被控对象阶跃响应曲线 (15)3.3求取被控对象传递函数 (16)4 控制方案的设计及仿真 (21)4.1 设计控制系统框图 (21)4.2 Simulink控制系统仿真 (22)4.3仿真结果分析 (23)4。
4 串级控制与单回路控制系统抗干扰性能仿真 (25)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录：英语资料及译文 .................................................. 错误!未定义书签。
摘要本设计针对锅炉温度控制问题，综合应用过程控制理论以及近年来兴起的仿真技术、计算机远程控制、组态软件，设计了锅炉温度流量串级控制系统。
首先,通过实验法建立锅炉的数学模型,得到锅炉温度与进水流量之间的传递函数，通过对理论设计的控制方案进行仿真，得到较好的响应曲线,为实际控制系统的实现提供先决条件。
其次，使用智能仪表作为控制器，组建现场仪表过程控制系统，通过参数整定，得到较好现场控制效果。
再次，实现积分分离的PID控制算法。
关键词：水温流量串级控制系统 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统AbstractThe purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank。
某温度控制系统的MATLAB仿真
某温度控制系统的MATLAB仿真1. 简介温度控制是很多工业过程中的一个重要环节，能够保证工业生产过程的稳定性和产品质量。
本文将介绍一个基于MATLAB的温度控制系统的仿真，包括系统的建模和控制算法的实现。
2. 温度控制系统建模温度控制系统一般由一个加热元件和一个温度传感器组成。
加热元件通过对电流或电压的控制来控制温度，温度传感器用于测量当前温度的值。
本文以一个简化的一维加热系统为例进行仿真。
2.1 系统参数设置首先，我们需要设置温度控制系统的一些参数，包括加热元件的功率、温度传感器的灵敏度和环境温度等。
这些参数可以在MATLAB中定义，如下所示：P = 100; % 加热元件功率K = 0.5; % 温度传感器灵敏度T_ambient = 25; % 环境温度2.2 系统动力学建模接下来，我们需要建立温度控制系统的动力学模型。
假设加热元件和温度传感器之间存在一定的传热延迟，我们可以使用一阶惯性模型进行建模。
系统的状态方程可以表示为：T_dot = (P - K * (T - T_ambient)) / C其中，T_dot为温度的变化率，T为温度的值，C为系统的热容量。
根据系统的动力学特性，我们可以选择合适的参数来建立系统模型。
3. 控制算法设计在温度控制系统中，我们需要设计一个控制算法来将温度稳定在设定的目标温度附近。
常用的控制算法包括比例控制、比例积分控制和模糊控制等。
本文选取比例积分控制（PI控制）作为控制算法进行仿真。
3.1 PI控制器设计PI控制器由一个比例项和一个积分项组成，其输出可以表示为：u(t) = K_p * (e(t) + (1 / T_i) * \\int_{0}^{t} e(\\tau) d\\tau)其中，e(t)为温度误差，K_p为比例系数，T_i为积分时间常数。
比例系数和积分时间常数的选择是控制器设计中的关键。
3.2 控制律实现在MATLAB中，我们可以使用控制系统工具箱来实现PI控制器。
电加热炉温度控制系统性能的MATLAB仿真
电加热炉温度控制系统性能的MATLAB仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电加热炉温度控制系统性能的 MATLAB仿真系别：机电与自动化学院专业班：姓名：学号：指导教师：2013年月日电加热炉温度控制系统性能的MATLAB仿真MATLAB simulation the performance of the control system of heating furnace temperature摘要近年来随着工业的发展，电加热炉在工业控制中的应用越来越广泛。
温度是电加热炉控制系统的一个主要参数，对温度的控制要求也越来越高。
传统控制算法一般要建立在一定的数学模型之上，模型的精确度对控制效果有直接的影响.然而电加热炉是一种具有非线性、纯滞后、大惯性、时变性和升温单向性的控制对象，很难用数学方法建立精确模型.模糊控制不依赖于模型，但由于它的理论并不完善，算法复杂，控制过程会存在稳态误差。
传统PID控制理论成熟，容易实现，虽然大多数情况下可以满足性能要求,但其性能取决于参数的整定情况，且它的快速性和超调量之间的矛盾关系，使它不能同时满足快速升温和超调量小的要求。
鉴于此，本文将模糊算法和常规PID算法结合起来，在手动经验的基础上建立模糊规则,在线自整定PID的参数，提高控制效果。
本文提出了基于模糊PID的箱式电加热炉控制系统的设计方法。
首先介绍了模糊PID 控制器的设计方法，并用MATLAB仿真比较了常规PID控制算法和模糊PID控制算法的性能,分析了模糊PID在电加热炉温度控制中的可行性.最后在二次开发设计的基于组态软件King View开发的系统中,对模糊PID算法和常规PID算法进行了实时调试，并对实验结果进行了分析.关键词:温度控制；MATLAB；模糊PID；常规PIDAbstractWith the development of industry．electric heating furnace is more and more widely used 。
对温控系统进行建模及Matlab仿真
淮海工学院课程设计报告书课程名称：综合课程设计系（院）：电子工程学院学期：2011~2012 第一学期专业班级：电气082班姓名：胡韬学号：030861217对温控系统进行建模及MATLAB仿真1单片机在炉温控制系统中的运用温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。
温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。
温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。
一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。
如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。
实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
单片机具有集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉，因此在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。
本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。
1、1系统的基本工作原理整个炉温控制系统由两大部分组成。
一部分由计算机和A/D和D/A转换电路组成。
主要完成温度采集，PID运算，产生可控硅的触发脉冲。
另外一部分由传感器信号放大，同步脉冲形成，以及触发脉冲放大等组成。
炉温控制的基本原理是：改变可控硅的导通角即改变电热炉加热丝两端的有效电压，有效电压可在0～140V内变化。
基于MATLAB的温度控制系统的PID控制器设计
基于MATLAB的温度控制系统的PID控制器设计摘要本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器PID控制是迄今为止最通用的控制方法大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制PID控制器亦称调节器及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器至今在全世界过程控制中用的84仍是纯PID调节器若改进型包含在内则超过90 在PID控制器的设计中参数整定是最为重要的随着计算机技术的迅速发展对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法设计一个温控系统的PID控制器并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形关键词 PID参数整定 PID控制器 MATLAB仿真冷却机AbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller Pid control is the most common control method up until now the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation Pid controller claim regulator also and its second generation so become the most common controllers in the industry process control so far about 84 of the controller being used is the pure pid controller itll exceed 90 if the second generation included Pid parameter setting is most important in pid controller designing and with the rapid development of the computer technology it mostly recurs to some advanced software for example mat lab simulation software widely used now this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completedKeywords PID parameter setting PID controller MATLAB simulationcooling machine摘要Ibstract II第一章绪论 1课题来源及PID控制简介 1com 课题的来源和意义 1com PID控制简介1国内外研究现状及MATLAB简介 3二章控制系统及PID调节 5控制系统构成 5PID控制 5com积分微分 5com控制7三章系统辨识9系统辨识9系统特性图10系统辨识方法11PID最佳调整法与系统仿真1441 PID参数整定法概述14针对无转移函数的PID调整法15comay feedback调整法15com Relay feedback 在计算机做仿真15 com整法19com 在线调整法在计算机做仿真20针对有转移函数的PID调整方法23 com识法24com法及根轨迹法27五章油冷却机系统的PID控制器设计28 油冷却机系统28com机 28com转换器29com 控制组件30油冷却机系统之系统辨识31油冷却机系统的PID参数整定3340致谢41参考文献42第一章绪论11 课题来源及PID控制简介com 课题的来源和意义任何闭环的控制系统都有它固有的特性可以有很多种数学形式来描述它如微分方程传递函数状态空间方程等但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果比如快速性稳定性准确性等为了达到最佳的控制效果我们在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID参数来改造系统的结构特性使其达到理想的控制效果com PID控制简介当今的自动控制技术都是基于反馈的概念反馈理论的要素包括三个部分测量比较和执行测量关心的变量与期望值相比较用这个误差纠正调节控制系统的响应这个理论和应用自动控制的关键是做出正确的测量和比较后如何才能更好地纠正系统PID 比例 - 积分 - 微分控制器作为最早实用化的控制器已有 50多年历史现在仍然是应用最广泛的工业控制器 PID 控制器简单易懂使用中不需精确的系统模型等先决条件因而成为应用最为广泛的控制器PID 控制器由比例单元 P 积分单元 I 和微分单元 D 组成其输入 e t 与输出 u t 的关系为公式1-1公式1-1 公式1-2 比例调节作用是按比例反应系统的偏差系统一旦出现了偏差比例调节立即产生调节作用用以减少偏差比例作用大可以加快调节减少误差但是过大的比例使系统的稳定性下降甚至造成系统的不稳定积分调节作用是使系统消除稳态误差提高无差度因为有误差积分调节就进行直至无差积分调节停止积分调节输出一个常值积分作用的强弱取决与积分时间常数TiTi越小积分作用就越强反之Ti大则积分作用弱加入积分调节可使系统稳定性下降动态响应变慢积分作用常与另两种调节规律结合组成PI调节器或PID调节器微分调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率具有预见性能预见偏差变化的趋势因此能产生超前的控制作用在偏差还没有形成之前已被微分调节作用消除因此可以改善系统的动态性能在微分时间选择合适情况下可以减少超调减少调节时间微分作用对噪声干扰有放大作用因此过强的加微分调节对系统抗干扰不利此外微分反应的是变化率而当输入没有变化时微分作用输出为零微分作用不能单独使用需要与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器PID控制器由于用途广泛使用灵活已有系列化产品使用中只需设定三个参数 Kp Ki 和 Kd 即可在很多情况下并不一定需要全部三个单元可以取其中的一到两个单元但比例控制单元是必不可少的首先PID应用范围广虽然很多控制过程是非线性或时变的但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统这样PID就可控制了其次PID参数较易整定也就是PID参数KpKi和Kd可以根据过程的动态特性及时整定如果过程的动态特性变化例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化 PID 参数就可以重新整定第三PID控制器在实践中也不断的得到改进下面两个改进的例子在工厂总是能看到许多回路都处于手动状态原因是很难让过程在自动模式下平稳工作由于这些不足采用 PID 的工业控制系统总是受产品质量安全产量和能源浪费等问题的困扰PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的现在自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好但它们仍存在一些问题需要解决如果自整定要以模型为基础为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的闭环工作时要求在过程中插入一个测试信号这个方法会引起扰动所以基于模型的 PID 参数自整定在工业应用不是太好如果自整定是基于控制律的经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来因此受到干扰的影响控制器会产生超调产生一个不必要的自适应转换另外由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法参数整定可靠与否存在很多问题因此许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID 参数但仍不可否认 PID 也有其固有的缺点PID 在控制非线性时变耦合及参数和结构不确定的复杂过程时工作地不是太好最重要的是如果 PID 控制器不能控制复杂过程无论怎么调参数都没用虽然有这些缺点PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器12 国内外研究现状及MATLAB简介PID控制中最重要的是对其参数的控制所以当今国内外PID控制技术的研究主要是围绕如何对其参数整定进行的自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起有许多技术已经被用于PID控制器的手动和自动整定根据发展阶段的划分可分为常规PID参数整定方法及智能PID参数整定方法按照被控对象个数来划分可分为单变量PID参数整定方法及多变量PID参数整定方法前者包括现有大多数整定方法后者是最近研究的热点及难点按控制量的组合形式来划分可分为线性PID参数整定方法及非线性PID 参数整定方法前者用于经典PID调节器后者用于由非线性跟踪-微分器和非线性组合方式生成的非线性PID控制器Astrom在1988年美国控制会议ACC上作的《面向智能控制》〔〕自整定和自适应为智能PID控制的发展奠定了基础他认为自整定控制器和自适应控制器能视为一个有经验的仪表工程师的整定经验的自动化在文〔〕中继续阐述了这种思想PI或PID控制即自整定调节器应具有推理能力自适应PID的应用途径的不断扩大使得对其整定方法的应用研究变得日益重要目前在众多的整定方法中主要有两种方法在实际工业过程中应用较好一种是由福克斯波罗Foxboro公司推出的基于模式识别的参数整定方法基于规则另一种是基于继电反馈的参数整定方法基于模型前者主要应用于Foxboro的单回路EXACT控制器及其分散控制系统IA Series的PIDE功能块其原理基于Bristol在模式识别方面的早期工作〔〕这些技术极大地简化了PID控制器的使用显着改进了它的性能它们被统称为自适应智能控制技术〔〕〔〕PID参数整定方法和非线性PID参数整定方法PID控制算法是迄今为止最通用的控制策略有许多不同的方法以确定合适的控制器参数这些方法区分于复杂性灵活性及使用的过程知识量一个好的整定方法应该基于合理地考虑以下特性的折衷负载干扰衰减测量噪声效果过程变化的鲁棒性设定值变化的响应所需模型计算要求等我们需要简单直观易用的方法它们需要较少的信息并能够给出合适的性能我们也需要那些尽管需要更多的信息及计算量但能给出较好性能的较复杂的方法从目前PID参数整定方法的研究和应用现状来看以下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点〔〕PID参数整定方法使其在初始化抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定②对于多入多出被控对象需要研究针对具有显着耦合的多变量过程的多变量PID参数整定方法进一步完善分散继电反馈方法尽可能减少所需先验信息量使其易于在线整定〔〕PID控制技术有待进一步研究将自适应自整定和增益计划设定有机结合使其具有自动诊断功能结合专家经验知识直觉推理逻辑等专家系统思想和方法对原有PID控制器设计思想及整定方法进行改进将预测控制模糊控制和PID控制相结合进一步提高控制系统性能都是智能PID控制发展的极有前途的方向〔〕Matrix Laboratory 缩写为Mat lab 软件包是一种功能强效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包其中包括一般数值分析矩阵运算数字信号处理建模和系统控制和优化等应用程序并将应用程序和图形集于便于使用的集成环境中在此环境下所解问题的Mat lab语言表述形式和其数学表达形式相同不需要按传统的方法编程并能够进行高效率和富有创造性的计算同时提供了与其它高级语言的接口是科学研究和工程应用必备的工具目前在控制界图像信号处理生物医学工程等领域得到广泛的应用本论文设计中PID参数的整定用到的是Mat lab中的 SIMULINK它是一个强大的软件包在液压系统仿真中只需要做数学模型的推导工作用 SIMULINK对设计好的系统进行仿真可以预知效果检验设计的正确性为设计人员提供参考其仿真结果是否可用取决于数学模型正确与否因此要注意模型的合理及输入系统的参数值要准确〔〕PID调节21 控制系统构成对控制对象的工作状态能进行自动控制的系统称为自动控制系统一般由控制器与控制对象组成控制方式可分为连续控制与反馈控制即一般所称开回路与闭回路控制连续控制系统的输出量对系统的控制作用没有任何影响也就是说控制端与控制对象为单向作用这样的系统亦称开回路系统反馈控制是指将所要求的设定值与系统的输出值做比较求其偏差量利用这偏差量将系统输出值使其与设定值调为一致反馈控制系统方块图一般如图2-1所示图2-1反馈控制系统方块图22 PID控制将感测与转换器输出的讯号与设定值做比较用输出信号源 2-10v或4-20mA 去控制最终控制组件在工程实际中应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制简称PID控制又称PID调节PID控制器问世至今已有近60年的历史了它以其结构简单稳定性好工作可靠调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具当被控对象的结构和参数不能完全掌握或得不到精确的数学模型时控制理论的其它设计技术难以使用系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定这时应用PID控制技术最为方便即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候便最适合用PID控制技术com 比例积分微分比例图2-2 比例电路公式2-1积分器图2-3 积分电路公式2-2图2-4微分电路微分器式2-3实际中也有PI和PD控制器PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量控制器输出和控制器输入误差之间的关系在时域中如公式2-4和2-5u t Kp e t Td 公式2-4U s ]E s 公式2-5公式中U s 和E s 分别为u t 和e t 的拉氏变换其中分别为控制器的比例积分微分系数〔〕com ＰＩＤP控制比例控制是一种最简单的控制方式其控制器的输出与输入误差讯号成比例关系当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差Steady-state error 积分I控制在积分控制中控制器的输出与输入误差讯号的积分成正比关系对一个自动控制系统如果在进入稳态后存在稳态误差则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统System with Steady-state Error为了消除稳态误差在控制器中必须引入积分项积分项对误差取关于时间的积分随着时间的增加积分项会增大这样即便误差很小积分项也会随着时间的增加而加大它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小直到等于零因此比例积分 PI 控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差微分D控制在微分控制中控制器的输出与输入误差讯号的微分即误差的变化率成正比关系自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性的组件环节和或有滞后 delay 的组件使力图克服误差的作用其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使克服误差的作用的变化要有些超前即在误差接近零时克服误差的作用就应该是零这就是说在控制器中仅引入比例项往往是不够的比例项的作用仅是放大误差的幅值而目前需要增加的是微分项它能预测误差变化的趋势这样具有比例微分的控制器就能够提前使克服误差的控制作用等于零甚至为负值从而避免了被控量的严重地冲过头所以对有较大惯性和或滞后的被控对象比例微分 PD 的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性〔〕31 系统辨识1 所谓系统辨识即是在不知道系统转移函数时根据系统特性辨识出来2 若被控对象的数学模式相当线性 linear 且各项参数都可知道则可用控制理论来设计PID控制器的系数大小但实际的被控对象往往是非线性系统且系统复杂难以精确地用数学式表达所以工业上设计PID控制器时常常使用实验方法而较少用理论来设计调整PID控制器的方法中最有名的是Ziegler-Nichols所提出的二个调整法则这个调整法测是基于带有延迟的一阶传递函数模型提出的这种对象模型可以表示为公式3-1在实际的过程控制系统中有大量的对象模型可以近似的由这样的一阶模型来表示如果不能物理的建立起系统的模型我们还可以由实验提取相应的模型参数[5]3 将大小为1的阶跃信号加到被控对象如图3-1所示图3-1 将阶跃信号加到被控对象对大多数的被控对象若输入为阶跃信号则其输出c t 大多为S状曲线如下图3-2所示这个S状曲线称之为过程反应曲线process reaction curve 图3-2被控对象的阶跃响应图4 系统转移函数空调方面图3-3空调系统示意图图3-4 空调系统方块图由图3-3及图3-4可得知此系统的转移函数推导如下公式3-232 系统特性图1 系统为制热使用最大信号去控制系统直到稳定之后也就是热到达无法再上升时此时系统特性就会出现如下图3-5所示图3-5 系统制热的特性图2 系统为制冷使用最大信号去控制系统直到稳定之后也就是冷到达无法再下降时此时系统特性就会出现如下图3-6所示图3-6 系统制冷的特性图33 系统辨识方法1一阶系统带有延迟特性图3-7 一阶系统带有延迟特性图一阶系统加一个传递来近似被控对象则其近似转移函数如公式3-3所示公式3-3其中KTL可由上图3-7求得K稳态时的大小T时间常数※注系统越大时间常数越大L延迟时间2 KTL的求法K如上图3-31所示K值相当于C t 在稳态时的大小T与L求T及L必须在S形状曲线划一条切线最大斜率画出切线之后T及L值可以直接从图上得知T及L值与C t 及切线的关系如上图3-7所示第四章PID最佳调整法与系统仿真41 PID参数整定法概述1PID参数整定方法1 Relay feedback 利用Relay 的 on-off 控制方式让系统产生一定的周期震荡再用Ziegler-Nichols调整法则去把PID值求出来2 在线调整实际系统中在PID控制器输出电流信号装设电流表调P值观察电流表是否有一定的周期在动作利用Ziegler-Nichols把PID求出来PID值求法与Relay feedback一样3 波德图跟轨迹在MATLAB里的Simulink绘出反馈方块图转移函数在用系统辨识方法辨识出来之后输入指令算出PID值[13]2PID调整方式图4-1 PID调整方式如上描述之PID调整方式分为有转函数和无转移函数一般系统因为不知转移函数所以调PID值都会从Relay feedback和在线调整去着手波德图及根轨迹则相反一定要有转移函数才能去求PID值那这技巧就在于要用系统辨识方法辨识出转移函数出来再用MATLAB里的Simulink画出反馈方块图调出PID值〔〕PID 值的方法有在线调整法Relay feedback波德图法根轨迹法前提是要由系统辨识出转移函数才可以使用波德图法和根轨迹法如下图4-2所示42 针对无转移函数的PID调整法在一般实际系统中往往因为过程系统转移函数要找出之后再利用系统仿真找出PID值但是也有不需要找出转移函数也可调出PID值的方法以下一一介绍com Relay feedback4-3所示将PID控制器改成Relay利用Relay的On-Off 控制将系统扰动可得到该系统于稳定状态时的震荡周期及临界增益Tu及Ｋu在用下表4-4 的Ziegler-Nichols第一个调整法则建议PID调整值即可算出该系统之ＫpTiTv之值Controller P 05Ｋu PI 045Ｋu 083Tu PID 06Ｋu 05Tu 0125Tu 〔〕com Relay feedback 在计算机做仿真Step 1 以MATL AB里Simulink绘出反馈方块如下图4-5所示图4-5 Simulink绘出的反馈方块图Step 2让Relay做On-Off动作将系统扰动On-Off动作将以±１做模拟如下图4-6所示图4-6Step 3即可得到系统的特性曲线如下图4-7所示图4-7 系统震荡特性曲线Step 4取得Tu及a带入公式3-1计算出Ｋu以下为Relay feedback临界震荡增益求法公式4-1ａ振幅大小ｄ电压值com 在线调整法图4－８在线调整法示意图在不知道系统转移函数的情况下以在线调整法直接于PID控制器做调整亦即PID控制器里的I值与D值设为零只调P值让系统产生震荡这时的P值为临界震荡增益Ｋv之后震荡周期也可算出来只不过在线调整实务上与系统仿真差别在于在实务上处理比较麻烦要在PID控制器输出信号端在串接电流表即可观察所调出的P值是否会震荡虽然比较上一个Relay feedback法是可免除拆装Relay 的麻烦但是就经验而言在实务上线上调整法效果会较Relay feedback 差在线调整法也可在计算机做出仿真调出PID值可是前提之下如果在计算机使用在线调整法还需把系统转移函数辨识出来但是实务上与在计算机仿真相同之处是PID 值求法还是需要用到调整法则Ziegler-Nichols经验法则去调整与Relay feedback的经验法则一样调出PID值com 在线调整法在计算机做仿真Step 1以MATLAB里的Simulink绘出反馈方块如下图4-9所示图4-9反馈方块图PID方块图内为图4-10 PID方块图Step 2将Td调为0Ti无限大让系统为P控制如下图4-11所示图4-11Step 3调整KP使系统震荡震荡时的KP即为临界增益KU震荡周期即为TV 使在线调整时不用看a求KU如下图4-12所示图4-12 系统震荡特性图Step 4再利用Ziegler-Nichols调整法则即可求出该系统之ＫpTiTd之值43 针对有转移函数的PID调整方法com系统反馈方块图在上述无转移函数PID调整法则有在线调整法与Relay feedback调整法之外也可利用系统辨识出的转移函数在计算机仿真求出PID值至于系统辨识转移函数技巧在第三章已叙述过接下来是要把辨识出来的转移函数用在反馈控制图之后应用系统辨识的经验公式Ziegler-Nichols第二个调整法求出PID值〔〕4-14所示controllerPPI33LPID2L 表4-14 Ziegler-Nichols第二个调整法则建议PID调整值〔〕为本专题将经验公式修正后之值※comL为延迟时间可com b※coma的解法可有以下2种解一如下图4-15中可先观察系统特性曲线图辨识出a值解二利用三角比例法推导求得图4-15利用三角比例法求出a值公式4-2用Ziegler-Nichols第一个调整法则求得之PID控制器加入系统后一般闭环系统阶跃响应最大超越的范围约在1060之间所以PID控制器加入系统后往往先根据Ziegler-Nichols第二个调整法则调整PID值然后再微调PID值至合乎规格为止com 波德图法及根轨迹法利用系统辨识出来的转移函数使用MATLAB软件去做系统仿真由于本设计中PID参数的整定主要是基于系统辨识及Ziegler-Nichols调整法则所以在此不用波德图法及根轨迹法第五章油冷却机系统的PID控制器设计51 油冷却机系统本论文设计以油冷却机温度控制系统为被控对象进行PID控制器的参数整定及其设计下面介绍一下油冷却机系统以及各个组成部分com 油冷却机图5-1 油冷却机实物图图5-2 油冷却机系统循环图油冷却机系统循环主要可分为冷媒循环系统以及油循环系统冷媒循环系统即为一般常见之制冷循环而油循环则是将油打出后经过负载加热再与冷媒循环的蒸发器作热交换再流回油槽做冷却用[16]com 感测与转换器图5-3 PT100实物图电阻式温度检测器 RTDResistance Temperature Detector －一种物质材料作成的电阻它会随温度的上升而改变电阻值如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数[6]PT100温度传感器是一种以白金 Pt 作成的电阻式温度检测器属于正电阻系数其电阻和温度变化的关系式如下R Ro 1αT其中α 000392Ro为100Ω 0℃的电阻值 T为摄氏温度Vo 255mA ×100 1000392T 0255T1000 电源是带噪声的因此我们使用齐纳二极管作为稳压零件由于72V齐纳二极管的作用使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为65V靠5K可变电阻的调整可决定晶体管的射集极极电流而我们须将集极电流调为255mA使得量测电压V如箭头所示为0255T1000其后的非反向放大器输入电阻几乎无限大同时又放大10倍使得运算放大器输出为255T100 6V齐纳二极管的作用如72V齐纳二极管的作用我们利用它调出255V因此电压追随器的输出电压V1亦为255V其后差动放大器之输出为Vo 10 V2-V1 10 255T100-255 T10如果现在室温为25℃则输出电压为25V。
MATLAB温度控制系统课程设计报告 案例范本
MATLAB温度控制系统课程设计报告案例范本一、课程设计题目基于MATLAB的温度控制系统设计二、设计背景温度控制是工业生产、家庭生活中常见的一种控制过程，其目的是通过控制温度来保持环境的稳定性和舒适性。
本次课程设计旨在通过MATLAB软件，设计一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的精确控制。
三、设计目标1.熟悉PID控制器的基本原理和控制算法；2.掌握MATLAB软件的基本操作和编程技巧；3.设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制；4.学会分析和优化控制系统的性能。
四、设计流程1.建立模型根据实际情况，建立温度控制系统的数学模型，可以采用传热学原理，建立温度传递方程，得到系统的状态空间模型。
2.设计控制器采用PID控制器对温度控制系统进行控制，根据系统的状态空间模型，设计PID控制器的参数，可以采用自整定PID控制器或手动调整PID 控制器的参数。
3.仿真分析使用MATLAB软件进行系统仿真分析，对控制系统的性能进行评估，包括稳态误差、响应速度、稳定性等指标。
4.优化控制器根据仿真分析的结果，对控制器进行参数调整和优化，提高系统的控制性能。
5.实际实验将控制器实现到实际温度控制系统中，进行实际实验，验证控制器的性能和稳定性。
五、设计结果通过以上流程，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制。
在仿真分析中，系统的稳态误差小、响应速度快、稳定性好，满足实际控制需求。
在实际实验中，控制器的性能和稳定性得到了验证，达到了预期的控制效果。
六、设计总结本次课程设计通过MATLAB软件，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，深入理解了PID控制器的基本原理和控制算法，掌握了MATLAB软件的基本操作和编程技巧。
通过仿真分析和实际实验，对控制系统的性能进行了评估和优化，提高了系统的控制性能和稳定性。
本次课程设计对于提高学生的实际操作能力和掌握控制理论知识有一定的帮助。
MATLAB作业——工业炉温控制系统为例
控制工程基础大作业MATLAB软件应用2016年秋季学期专业名称：机械设计制造及其自动化专业班级：姓名： Sun Light Tomorrow学号：授课教师：成绩：一、教学目的：使学生能够掌握现代工程工具MATLAB软件使用的基本方法，能够应用MATLAB软件对控制系统进行建模及性能分析。
二、内容要求：1.控制系统建模（1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件；（同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的闭环反馈控制系统）（2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。
2．应用MATLAB软件进行控制系统性能分析针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：（1）控制系统频域特性分析分别使用nyquist函数和bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。
（2）控制系统稳定性分析判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。
（3）控制系统时域特性分析使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。
三、作业书写注意事项：1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序清单（同时提交电子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4纸双面打印，左侧装订；4.杜绝抄袭，如果雷同，按照零分计；5.采用十分制记分，抽查答辩。
一、控制系统建模（炉温控制系统） 1.1原理简述炉温自动控制就是根据炉子的实际温度与设定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子热源，以及连续改变热源功率的大小，使炉温稳定在给定范围之内，以满足热处理工艺的需要。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压正好等于给定电压。
基于MATLAB的炉温控制系统的仿真
控制系统仿真课程大作业题目: 基于MATLAB的炉温控制系统的仿真院系名称：电气工程学院专业班级：自动F0904学生姓名：学号：指导教师：教师职称：讲师评语：成绩：任课教师：时间：在数字PID算法中，为了避免传统PID控制器算法中积分累积所造成的系统较大超调和不稳定，甚至是积分饱和，人们常常会使用积分分离PID算法加以改进。
本文又提出了变速积分PID算法，并以电锅炉温度控制系统为例，基于MATLAB 并运用仿真分析手段，对两种不同算法的控制效果进行了比较，得出了积分分离算法的上升时间tr较短，而变速积分算法的调节时间ts较短，最大超调量较小，振荡次数较少，在温度控制系统中变速积分优于积分分离的结论。
本文以加热炉控制系统为例提出了一种模糊控制方案, 介绍了模糊控制器的设计过程并很方便地利用SIMULINK 进行了仿真研究, 结果证明, 这种模糊控制系统具有良好的动态性能。
关键词：PID控制；积分分离；变速积分；MATLAB1 绪论 (4)2 系统描述 (4)2.1 系统过程 (4)2.2 系统的组成和基本工作原理 (5)2.3 对象模型的归纳 (6)3 PID控制及仿真 (6)3.1分分离PID控制算法 (7)3.2 变速积分PID控制算法 (7)4 基于两种控制算法的炉温控制系统仿真 (8)结论 (10)致谢 (10)参考文献 (11)1 绪论控制系统计算机仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。
进入80年代以来, 几乎所有控制系统的高品质控制均离不开系统仿真研究。
通过仿真研究可以对照比较各种控制策略与方案, 优化并确定相关参数, 特别是对于新控制决策与算法的研究, 进行系统仿真更是必不可少的。
一般而言, 对控制系统进行计算机仿真首先应建立系统模型, 然后依据模型编制仿真程序, 充分利用计算机作为工具对其进行数值求解并将结果加以显示。
显然, 通常在仿真过程中, 十分耗费时间与精力的是编制和修改仿真程序。
基于Matlab的电阻炉温度控制系统仿真
基于Matlab的电阻炉温度控制系统仿真
李艳
【期刊名称】《工业加热》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】电阻炉作为重要的工业加热设备对部件进行热处理,是一种利用电流通过电阻材料发生热能的加热炉,电阻炉在机械领域主要用于金属的锻压前加热、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧及退火、熔点低金属熔化等。
电阻炉与火焰炉相比具有结构简单、炉温均匀、加热质量好、便于控制、无噪声等优点。
作为重要的热处理设备,电阻炉的温度控制直接关系到生产产品部件的质量和精度。
但电阻炉的温度变化具有较强的时滞性以及惯性,因此建立有效的温度控制系统提升电阻炉的温度控制水平具有重要的意义。
先分析了模糊PID算法的原理,然后基于SX-10-12型号箱式电阻炉介绍了温度控制系统的整体设计方案、硬件设计以及软件设计,并在Matlab仿真环境下对温度控制系统的运行情况进行论述,旨在提升电阻炉温度控制的自动化水平。
【总页数】4页(P46-49)
【作者】李艳
【作者单位】四川工业科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF806.4
【相关文献】
1.基于OPC和MATLAB的电阻炉温度控制系统设计
2.基于Matlab的电阻炉温度模糊控制系统设计及仿真
3.基于Matlab的电阻炉温度控制系统设计及仿真比较
4.基于Matlab的电阻炉温度控制系统设计与实现
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对温控系统进行建模及Matlab仿真
淮海工学院课程设计报告书课程名称：综合课程设计系（院）：电子工程学院学期：2011~2012 第一学期专业班级：电气082班姓名：胡韬学号：030861217评语：成绩：签名：日期：对温控系统进行建模及MATLAB仿真1单片机在炉温控制系统中的运用温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。
温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。
温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。
一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。
如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。
实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。
单片机具有集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉，因此在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。
本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。
1、1系统的基本工作原理整个炉温控制系统由两大部分组成。
一部分由计算机和A/D和D/A转换电路组成。
主要完成温度采集，PID运算，产生可控硅的触发脉冲。
另外一部分由传感器信号放大，同步脉冲形成，以及触发脉冲放大等组成。
基于MATLAB过热汽温控制系统仿真
基于MATLAB的过热汽温控制的仿真与设计摘要随着我国电力工业的迅速发展，越来越多的高参数大容量机组陆续投产。
从发展趋势看, 600MW 及以上等级的火电机组已成为大电网的主力机组。
同时大容量机组的不断增加和电网调度自动化程度的日益提高，对火电厂机组的控制品质提出了更高的要求。
过热汽温度是锅炉运行中的主要参数,它的高低直接影响锅炉安全稳定运行。
锅炉过热汽温控制有非线性和时变性。
其大延时和大惯性的特点使其一直以来都成为火电厂自动控制的难点。
本次毕业设计，针对火电厂锅炉过热汽温控制系统具有大迟延、时变等特点，常规控制难以取得满意的控制效果，通过采用先进的控制策略，在MATLAB环境下进行仿真实验，研究过热汽温控制系统的控制性能。
关键字：过热器，分段控制，串级控制，过热汽温，控制策略Steam temperature cascade control sub-system performance analysis and simulationAbstractWith China's power industry developing rapidly, more and more large-capacity high-parameter units have put into production.. From the development trend, above 600 MW unit will become a main unit of the power grids in the future. With the increasing of the large-capacity unit and the increasing degree of automation of the scheduling grid, it is a higher demand to the quality control of the thermal power plant unit. Supercritical generating units is the development of large-capacity generating units in China will also become the main force units. The main steam temperature is the main parameters in the boiler operation, which affect the safe and stable operation of boiler directly. The control of main steam temperature in the boiler is nonlinear and time variability. It is very difficult to control for the large delay and the inertia of its characteristics.In this paper, we focused on the characteristics, composition, and the principles analysis of main steam temperature control system and propose a control strategy that fits the large delay control system. Research superheated steam temperature control system control performance through the use of advanced control strategy and MATLAB simulation experiment,Keywords: Superheater，Segment control，cascade control，superheated steam temperature，control strategy目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2过热汽温控制的难点 (2)1.2.1过热汽温的意义 (2)1.2.2过热汽温控制系统 (3)1.3本文主要研究内容 (3)2 过热汽温控制系统分析 (4)2.1过热汽温控制系统的对象特性和任务 (4)2.1.1过热汽温被控对象特性 (4)2.1.2过热汽温控制系统的任务 (6)2. 1.3过热汽温控制的难点及设计原则 (7)2.2过热汽温控制系统 (7)2.2.1过热汽温串级控制系统分析 (8)2.2.2过热汽温串级控制系统的组成 (8)2.3 PID调节器 (11)2.3.1 PID调节器的基本原理 (11)2.3.2 PID控制器参数对控制性能的影响 (11)3 分段串级汽温控制系统的仿真实验 (13)3.1 调节器参数的工程整定法 (13)3.12稳定边界法 (13)3.13衰减曲线法 (14)3.2对模型的仿真 (15)4多模型的PID无扰切换 (26)4.1多模型串级PID控制系统 (26)4.2过热汽温多模型建立 (27)4.3切换策略 (27)4.4典型工况下控制器设计及参数整定 (28)4.5仿真研究 (28)结束语 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1绪论1.1课题背景电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。
基于MATLAB的炉温控制
基于MATLAB的炉温控制设计题目-------基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究系别：电子电气工程系班级：10级电气工程及其自动化（1）班姓名：李权洋指导教师：梁绒香学号：201095014030《计算机控制技术》2010级期末考查题目一、题目基于MATLAB 的电炉温度控制算法比较及仿真研究二、说明:设某电炉控制对象的控制模型为s e ss W 22011)(-+=，运用所学知识，对其控制算法进行比较研究并运用MATLAB 编程或者simulink 模块进行仿真，从而给出最优控制算法结论。
三、要求：1. 炉温变化范围：0—200℃，要求实现80℃温度的恒温控制；2.炉温变化参数要求：S t ≤80S ；超调量p σ≤10℅；静态误差v e ≤2℃。
3. 至少采用三种算法（如PID 算法及其改进算法、Smith 预估控制算法、达林算法或者其他算法等）做算法对比研究。
4、可以自己在基本要求基础上，增加其他算法研究，如：各种PID 改进算法、模糊控制算法等。
5、截取每种算法的算法连接图或者程序以及对应的仿真结果四、报告书写：实验完成后，用A4纸撰写研究报告，主要包括： 1、研究对象分析说明；2、各算法设计部分包括：1）算法简介；2）仿真程序或者仿真连接图；3）仿真结果；4）仿真结果分析说明3、对每种算法作总结比较，总结各自特点，讨论并最终得出本电炉温度控制的理想算法。
4、对本次设计整个过程做小结，说明自己在整个过程中面临的问题、解决的措施、心得及体会四、时间安排：设计时间两周，最迟6月7日之前完成。
五、其他事项说明：1、首页封面包括题目、班级、学号、姓名；2、报告中所用图应均为自己仿真完成，切忌抄袭、复制他人，一经发现，抄的和被炒的自我负责成绩，别怪老师手下不留情哦。
请大家自觉。
3、各班班长最后把每个班的仿真算法发给我，我随机运行你们的仿真结果。
大家在图号上最好包含自己名字缩写。
一、PID算法的设计及分析1、控制算法的确定PID调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。
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一、教学目的： 使学生能够掌握现代工程工具 MATLAB 软件使用的基本方法，能够应用 MATLAB 软
件对控制系统进行建模及性能分析。 二、内容要求：
1.控制系统建模 （1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件； （同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的 闭环反馈控制系统） （2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式 的数学模型。 2．应用 MATLAB 软件进行控制系统性能分析 针对所选定的闭环控制系统，应用 MATLAB 软件完成以下工作： （1）控制系统频域特性分析 分别使用 nyquist 函数和 bode 函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程 序清单。 （2）控制系统稳定性分析 判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程 序清单。 （3）控制系统时域特性分析 使用 step 函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标， 分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。 三、作业书写注意事项： 1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；
1.2 系统职能方框图 4
1.3 具体工作原理及函数方框图
1.具体工作原理
（1）热电偶
温度单元有热敏元件构成，热敏元件的输出端电压的大小正比于所测温度的大
小。且灵敏度系数和给定单元一样为 Ke 。故所测电压为U f 为：
（2）比较单元
Uf
Ke es
ln
NA NB
比较单元将给定信号与实际信号相比较，得出差值信号，也就是负反馈。该系统是将
1
Ur (s) 和U f (s) 串联反极性相连接来实现的，其中
Ue Ur (s) U f (s)
（3）放大器
将偏差信号按比例放大。
（4）执行电机
G(s)
Uc Ue
(s) (s)
Ka
放大器的输出电压作为电机的输入电压对电机进行调速控制。
电机的传递函数求解如下：
电枢回路电压平衡方程
5
ua (t)
La
G(s) Kd Ts 1
其中：T 为电炉的时间常数，T=RC(C 为电炉热容，R 为热阻)； Kd 为比例系数；s 为负 频域连续函数。
2.函数方框图
7
根据以上各环节的输入输出关系及系统的结构框图可求得传递函数如下：
G(s)
Ka
Kb 1 Tms 1 i
Kc
Kd Ts 1
Ka Kb Kc Kd i(Tms 1)(Ts 1)
Jm
dm (t) dt
fmm (t)
Mm (t) Mc (t)
式中， fm 是电动机和负载折合到电动机轴上的粘性摩擦系数； Jm 是电动机和负载折
合到电动机轴上的转动惯量。
由上式中校区中间变量 ia (t) ， Ea 及 Mm (t) ，便可得到以m (t) 为输出量， ua (t) 为输 入量的直流电动机微分方程：
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序 清单（同时提交电子版程序）；
3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4 纸双面打印，左侧装订； 4.杜绝抄袭，如果雷同，按照零分计； 5.采用十分制记分，抽查答辩。 一、控制系统建模（炉温控制系统） 1.1 原理简述 炉温自动控制就是根据炉子的实际温度与设定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子热 源，以及连续改变热源功率的大小，使炉温稳定在给定范围之内，以满足热处理工艺的 需要。在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C，热电偶的输出电压正好等于给定电 压。此时，偏差信号∆u 为 0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的 位置上，使电阻丝电压保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取 的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
MATLAB 作业——工业炉温 控制系统为例
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
控制工程基础大作业
MATLAB 软件应用
2016 年秋季学期
专业名称：机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： Sun Light Tomorrow 学 号： 授课教师： 成 绩：
和 Mc t 到 wm t 的传递函数，以便研究在 ua t 和 Mc t ，分别作用下的电动机转速
wm t 的性能，将他们叠加后，便是电动机转速的相应特性。为求 m s Ua s ，令
Mc t 0 ，则有
6
Tm
dwm t
dt
wm
t
Kbua
t
在初始条件下，对上式进行拉氏变换得
故传递函数为
（5）减速器
减速器是一个比例环节，将伺服电动机的角速度变换成为阀门的开度 。设阀门关闭时
的角度为零，全部打开的角度为
m
，传递关系为变比系数
1 i
。故
：
（6）调压器 调压器是一个比例环节，将齿轮转过开度转化为调压器的电压，齿轮转过一定的角度对 应一定的电压，因此传递函数为：
（7）电炉 一般将电路看做一节惯性环节，其传递函数为：
Tm Ra Jm (Ra fm CmCe ) 是电动机的时间常数；
Km Cm (Ra fm CmCe ) ， Kc Ra (Ra fm CmCe ) 是电动机传递系数。
Tm
dwm t
dt
wm
t
Kbua
t
K2Mc
t
式中 Mc t 可视为负载扰动转矩。根据线性系统的叠加原理，可分别求 ua t 到 wm t
dia (t) dt
Raia (t)
Ea
式中 Ea 是电枢旋转时铲射的反电势,其大小与激磁磁通成正比,方向一样电枢电压
ua (t) 相反,即 Ea Cem (t) , Ce 是反电势系数。
电磁转矩方程
M m (t) Cmia (t) 式中， Cm 是电机转矩系数； Mm (t) 是电枢电流产生的电磁转矩。 电动机轴上的转矩平衡方程
La
Jm
d
2m (t) dt 2
(La
fm
Ra
Jm
)
dm (t) dt
(Ra
fm
CmCe )m
(t)
Cmua
(t)
La
dMc (t) dt
RaMc (t)
在工程应用中，犹豫电枢电路电感 La 较小，通常忽略不计，因而上式可简化为
式中，
Tm
dm (t) dt
m (t)
Kmua (t)
KcMc (t)