某温度控制系统的MATLAB仿真
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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G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；，且电动温度变送器测量范围（量程）为50～100O C 、输出信号为4～20mA 。G f (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，进行以下仿真，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T I ＝1min 、3min 、5min 、10min 时，z(t)的过渡过程；
0m v o
0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10；
；；；
；给定值；
阶跃扰动
(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间T I＝5min，微分时间T D = 0.2min时，z(t)的过渡过程。
2、对以上仿真结果进行分析比对，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，K c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，(z max-z min)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(p max-p min)为控制器输出信号的变化范围。
=
c
p(t)K e(t) max min
(
)
=100%
)
max min
e z z
p(p-p
δ
-
⨯
这时δ 与K c 便互成倒数关系，即：
但如果调节器的输入、输出不是相同性质的信号，则系数K ≠1，需要根据量程和输出信号范围进行计算。
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范围为40～150 O C ，输出为4～20mA ，若选用比例度δ =10%，问该比例调节器的比例系数K c 为多少？
解：
=100%c
1K δ⨯max min max min =204= 1.450.115040
c c p p 1K z z 1K δ-⨯--∴⨯=-
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：(t))(e K y p t =
控制器的传递函数为：p
t K G =）（
纯比例控制仿真结构图如下：
（1）当比例度为δ＝10％
2.350-1004-201.01--1min
max min
max =⨯=∴⨯=c c K Z Z P P K δ
即仿真图中Kc 为3.2，给定值和阶跃扰动分别设置为80，10
则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
48.75%
80
80
-
119=
=
p
σ
；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=3；
稳态误差ss e=10OC （2）比例度为δ＝20％
1.650-1004-20
2.01=⨯=c K ，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31.25%8080-105==p σ；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差ss e =5OC
（3）比例度为δ＝50％
0.6450-1004-205.01=⨯=c K ，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12.5%8080-90==p σ； 过渡时间ts=10min;
震荡次数N=1； 稳态误差ss e =-5OC
（4）比例度为δ＝100％
0.3250-1004-2011=⨯=c K ，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范围
（5）比例度为δ＝200％
0.1650-1004-2021=⨯=c K ，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范围。
二，控制器为比例积分控制PI 其传递关系为：⎰+=t p t dt t e e K y 0I p )()(T K (t) 控制器的传递函数为：)11(S T K G I p s +
=）（ 建立比例积分仿真结构图如下：