第五组-基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制
课程设计任务书
课程设计计划表
5.基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制
设计任务
带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述
)
12)(1()(++=
-s s e s G s
采样周期1=T ，期望闭环传递函数为：
1
)(+=Φ-s e s s
电阻炉的温度设定为1000o C 。
设计控制器是系统满足：调整时间s t s 80≤，超调量%10≤p σ，稳态误差C e o s 2≤。
工作要求：
1. 查找资料，描述电阻炉的基本情况；
2. 设计大林控制算法，用Simulink 实现；
3. 设计传统PID 控制器，并将二者算法进行比较；
4. 分析系统是否存在振铃现象，若存在试消除振铃；
5. 改变模型结构，考察模型扰动下系统性能变化情况；
6.
按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。
目录
第一章课题背景知识介绍 (6)
1.1摘要 (6)
1.2设计任务和要求 (6)
1.3大林算法 (7)
1.4 PID算法 (9)
第二章控制系统分析 (10)
2.1 被控对象分析 (10)
2.1.1纯滞后介绍 (10)
2.2 控制器分析 (10)
第三章控制系统的仿真 (19)
3.1 PID控制器控制下的系统仿真 (12)
3.2 大林控制算法下的系统仿真 (13)
3.3 大林控制算法和PID控制器的仿真 (14)
第四章振铃现象分析 (17)
第五章扰动下的系统性能分析 (18)
课程设计心得 (19)
参考文献 (20)
第一章系统方案
1.1摘要
电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于二阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。
电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制。
在温度控制技术领域中，普通采用PID 控制算法。但是在一些具有纯滞后环节的系统中，PID 控制很难兼顾动、静两方面的性能，而且多参数整定也很难实现最佳控制。若采用大林算法，可做到无或者小超调，无或小稳态误差。
大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。
本设计主要采用大林算法来实现炉温控制，并与PID 算法进行比较。
1.2设计任务和要求
带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述
)
12)(1()(++=
-s s e s G s
采样周期1=T ，期望闭环传递函数为：
1
)(+=Φ-s e s s
电阻炉的温度设定为1000o C 。
设计控制器是系统满足：调整时间s t s 80≤，超调量%10≤p σ，稳态误差C e o s 2≤。
工作要求：
7. 查找资料，描述电阻炉的基本情况； 8. 设计大林控制算法，用Simulink 实现；
9. 设计传统PID 控制器，并将二者算法进行比较； 10. 分析系统是否存在振铃现象，若存在试消除振铃； 11. 改变模型结构，考察模型扰动下系统性能变化情况；
12. 按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。
1.3大林算法
在一些实际工程中，经常遇到纯滞后调节系统，它们的滞后时间比较长。对于这样的系统，往往允许系统存在适当的超调量，以尽可能地缩短调节时间。人们更感兴趣的是要求系统没有超调量或只有很小超调量，而调节时间则允许在较多的采样周期内结束。也就是说，超调是主要设计指标。对于这样的系统，用一般的随动系统设计方法是不行的，用PID 算法效果也欠佳。
针对这一要求，IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。
大林算法中D(z)的基本形式
设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，其传递函数分别为：
1
)(10+=
-S Ke s G s
τθ )
1S )(1()(210++=
-ττθS Ke s G s
其中1τ、2τ为被控对象的时间常数，NT =θ为被控对象的纯延迟时间，为了简化，设其为采样周期的整数倍，即N 为正整数。
由于大林算法的设计目标是使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即
1
)(+=Φ-s e s s
，其中NT =θ
由于一般控制对象均与一个零阶保持器相串联，所以相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是
1
1)1(]11[)Z (/)
1(/---=+-Z =Φ-+----z e z e s e s e T N T NTs Ts τ
ττ 于是数字控制器的脉冲传递函数为
)(])1(1[)1()()](1[)()()1(/1/)
1(/z G z e z e z e z G z z z D N T T N T +----+------=Φ-Φ=τττ
D(z)可由计算机程序实现。由上式可知，它与被控对象有关。下面分别对一阶或二阶纯滞后环节进行讨论。
一阶惯性环节的大林算法的D(z)基本形式
当被控对象是带有纯滞后的一阶惯性环节时，由式1
)(10+=-S Ke s G s
τθ的传递
函数可知，其脉冲传递函数为：
1
/)1(/101)1(])1()1([)](1[)(--+-------=
+-Z =-Z =z e z e k s s e e k s G s e z G T N T NTs Ts Ts
τττ 将此式代入（2-4），可得
)
()](1[)
()(z G z z z D Φ-Φ=
)z (G ]z )e 1(z e 1[z )e -1)1N (/T 1/T )
1N (/T +----+-----=
τττ（ )
1N (/T 1/T /T 1/T /T z )e 1(z e 1)[e 1(k )
z e 1)(e 1(11+--------------=
τττττ)
1N (/T 1/T /T 1/T /T z )e 1(z e 1)[e 1(k )
z e 1)(e 1(11+--------------=
τττττ
式中：T ——采样周期： ———被控对象的时间常数； ———闭环系统的时间常数。 二阶惯性环节大林算法的D(z)基本形式
当被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节时，由)
1S )(1()(210++=
-ττθS Ke s G s
的传递函数可知，其脉冲传递函数为
其中，
将式G(z)代入，即可求出数字控制器的模型：
由此，我们可以设计出控制器的传递函数，利用MATLAB工具在SIMULINK 里画出整个控制系统，给定一个阶跃信号就可得到整个控制系统的响应曲线。
1.4 PID算法
根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行控制（简称PID控制），是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。不过，用计算机实现PID控制，不是简单地把模拟PID控制规律数字化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合，使PID控制更加灵活，更能满足生产过程提出的要求。它的结构如图1.1所示：
图1-1 PID 结构图
第二章控制系统分析
2.1 被控对象分析
电阻炉控制系统属于二阶纯滞后环节，带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述：
)12)(1()(++=
-s s e s G s
本控制系统具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。
2.1.1 纯滞后介绍
对于纯滞后环节，当输入一个信号后输出不立即有反应，而是经过一定的时间后才会反应出来，而且输入和输出在数值上相同，仅是在时间上有一定的滞后，称这段时间为纯滞后时间，常用τ表示。
由电阻炉温度控制系统的温度模型)12)(1()(++=
-s s e s G s
，我们可以看出，本次控制对象的纯滞后时间τ=1s 。
2.2 控制器分析
图2.2-1大林算法设计的闭环控制系统方框图
大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为
一阶对象：1
)(10+=-S Ke s G s
τθ，
二阶对象：)
1S )(1()(210++=-ττθS Ke s G s
,
大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ（s ）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即
1
)(+=Φ-s e s s
，其中NT =θ，
并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T 有整数倍关系，（N=1,2﹒﹒﹒﹒），本电阻炉温度模型的控
制对象为二阶对象
)12)(1()(++=
-s s e s G s
。
根据设计任务要求，进行数学建模。首先是大林算法的，根据第一章介绍的
算法过程中所得到的，进行数据
代入，K=1,T=1,N=1, τ=1, τ1=1, τ2=2代入后算出 D （Z ）的最终表达式
。
第三章控制系统的仿真
根据任务要求进行参数的填入，如图所示：设置控制温度为1000℃，系统时间周期为1，时间常数为1，最后得到大林算法与PID控制的Simulink图，并对其进行比较分析。
3.1 PID控制器控制下的系统仿真
将控制对象
)1
2
)(
1
(
)
(
+
+
=
-
s
s
e
s
G
s
输入，在Simulink环境下建立如图3-3所示
的结构图（传统PID控制），得到被控对象的动态特性如图3-4，3-5，3-6所示：
图3-3传统PID控制算法的Simulink仿真方框图
①令K
P =6，K
I
=0.8， K
D
=0.5，得到仿真图
图3-4 传统PID控制算法时的仿真图
②令K
P =8，K
I
=1.1， K
D
=0.7，得到仿真图
图3-5 传统PID控制算法时的仿真图③令K P =4，K I =0.56， K D=0.35，得到仿真图
图3-6 传统PID控制算法时的仿真图
3.2 大林控制算法下的系统仿真
根据由2.2中分析得到的D（z）函数式，代入
，将控制对象
)1
2
)(
1
(
)
(
+
+
=
-
s
s
e
s
G
s
输入，在Simulink环境下建立如图3-1所示的结构图（大林控制），得到被控对象的动态特性如图3-2所示：
图3-1大林控制算法的Simulink仿真方框图
图3-2 大林控制算法时的仿真图3.3 大林控制算法和PID控制器的比较
将控制对象
)1
2
)(
1
(
)
(
+
+
=
-
s
s
e
s
G
s
输入，在Simulink环境下建立如图3-7所示的
结构图（传统PID控制与大林算法比较），得到被控对象的动态特性如图3-8所示：
图3-7传统PID控制与大林算法比较的Simulink仿真方框图
图3-8传统PID控制与大林算法比较的Simulink仿真图
3.3.1 大林控制算法和PID控制器的比较
大林算法
适合用于没有超调或较小的超调，而对快速性要求不高的场合。
需要消除振铃现象
PID算法
PID控制多年来受到广泛的的应用，PID在解决快速性、稳态误差、超调量等问题上具有很好的应用。PID的调整时间，动态性能都很好。但是PID也有需要改进的地方。
改进：积分项的改进在PID控制中，积分作用是消除稳态误差，提高控制精度。但是很多时候积分作用又会对系统的动态响应造成不良影响，是系统产生大的超调或时间震荡。具体的改进有（1）积分项的改进有积分分离法抗积分饱和
法（2）微分项的改进有不完全微分PID控制算法微分先行PID控制算法在大林算法得到的波形图中，超调量趋近于零，上升时间1000s，稳态误差趋近于零。而在PID控制算法中，存在静差，是有差调节，对于扰动较大，且惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节，则很难兼顾动态和静态特性仿真结果。说明采用大林算法可显著减小超调，也可做到很小的稳态误差。从系统设计中我们可以看出，大林算法的输出不仅是以偏差为依据的，还和前N次的输出有关，但所起的作用不尽相同。大林算法由于参考了历史输出情况，且滞后越大，参考时间越长，因此能更有效的抑制超调。可见大林算法的适应能力很强，跟踪速度比较快，是具有较大滞后对象的一种较理想的控制算法。
第四章振铃现象分析
直接用上述控制算法构成闭环控制系统时，人们发现数字控制器输出U （z)会以1/2采样频率大幅度上下摆动。这种现象称为振铃现象。
振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间的大小等都有关系。振铃现象中的振荡是衰减的，并且于由被控对象中惯性环节的低通特性，使得这种振荡对系统的输出几乎无任何影响，但是振铃现象却会增加执行机构的磨损。在交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性，所以，在系统设计中，应设法消除振铃现象。
由图可知存在振铃，则另控制器极点多项式()()
1161.0137.0-1---z z 改为
0.63*0.39，得()(
)
2
11
63.037.0157.011
.1D(Z)-----+=
z
z z
消除振铃后的大林算法控制的Simulink 图运行得到波形图如4-1所示，仿真图如图4-2所示：
图4-1消除振铃后的大林控制算法的Simulink 仿真方框图
图4-2消除振铃后的大林控制算法的Simulink 仿真图
改进后的大林算法%2，稳态误差不超过%10，超调80t ，满足40t s s ≤≤=
第五章扰动下的系统性能分析
如图5-1所示，在正弦扰动信号下分析系统性能变化情况，正弦扰动信号幅值设置为100。
图5-1正弦扰动信号下的大林控制算法的Simulink仿真方框图
图5-2正弦扰动信号下的大林控制算法的Simulink仿真图
如上图所示，在正弦扰动信号下，电阻炉温度控制系统将不维持稳定状态，出现振荡现象。
课程设计心得
本文首先从电阻炉在当今社会的生产和发展，进而介绍其控制系统的优缺点，导出大林算法和PID控制器及其算法。从而引出我们对这两种控制算法的理解和仿真具有重大意义，介绍了这两种控制技术的发展历史和研究进展。进而提出什么是大林算法，什么是PID控制算法、控制算法的基本结构。通过网上资料找到了大林算法的定义及由来，找到普通PID控制算法。在学习的基础上，自定义了自由导入参数来查看其波形图。并进行了在同参数的情况下，对大林算法和PID控制器算法进行对比。本次课程设计的控制方法知识规则的推理都大部分借助计算机程序，因此对这种控制器的开发需要有比较专业的计算机语言，在这里用到的MATLAB语言以及所属的Simulink仿真控件。
在整个设计过程中，使我对所学知识进行了一个比较大的综合巩固，让我学会了各种查阅资料以及整理所需材料的能力，通过这次的课题设计，也让我学习到了不少新知识，在几个星期的学习实践中学到的东西比以往学到的都要丰富，因为我不仅学到了一些新的专业知识还锻炼了自己解决问题的能力，这是不可多得的。但是，在设计过程中我也遇到了不少困难，感觉自己对所学专业知识的欠缺，让自己增加了紧迫感，要抓紧弥补自己的欠缺，学无止境，这也让我体会到了不管以后走上什么样的工作岗位，都不要抛弃自己的学习，不进则退，别人的进步自己的停滞不前终将导致自己的被淘汰，这是我在整个课题设计过程中最大的体会。
参考文献
[1]陈东辉．唐钢高线厂加热炉燃烧模糊控制系统．河北理工学院学报．2005，
4(5)增刊：39－44
[2]赵鹏程，王致杰，王耀才，等．基于神经模糊的工业锅炉温度控制器的研究
[J]．煤矿机械．2003，13(5)：16－17
[3]边立秀，周俊霞，等．热工控制系统．北京．中国电力出版社．2001：123
－128
[4]刘建东．带有大林算法的锅炉温度控制系统．(复旦大学)硕士学位论文．2009
[5]何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制[M]．北京：化学工业出版社．2004：
7－20
[6]金以慧．过程控制．北京：清华大学出版社．1999：124－128
大林算法课程设计
摘要 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t>=0.5T（T为对象的时间常数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本课程设计介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法——大林（Dahlin)算法。 关键字：纯滞后、大林（Dahlin)算法
目录 0引言 (1) 1被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 (2) 1.1被控对象 (2) 2大林算法 (3) 2.1一阶被控对象的达林算法 (3) 3振铃现象和消除方法 (4) 3.1振铃现象的产生 (4) 3.1.1振铃现象的分析 (4) 3.2振铃幅度RA (6) 3.3振铃现象的消除 (6) 3.4Simulink 仿真 (7) 4一种改进的消除振铃现象的方法 (9) 5总结 (10) 参考文献 (11)
0引言 大林算法是由美国IBM公司的大林(Dahllin)于1968年针对工业生产过程中含纯滞后的控制对象的控制算法。该算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 概 述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 整体设计及系统原 理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 硬件设 计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.1温度检测电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.2键盘控制和显示电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3加热控制电 路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3 心得体 会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 参考文 献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
大林算法课程设计报告
微型计算机控制技术课程设计报告 班级：自动化901 A B C
一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 已知被控对象的传递函数为： 采样周期为T=0.5s ，用大林算法设计数字控制器D(z)，并分析是否会产生振铃现象。 四、课程设计要求 1、用大林算法设计数字控制器D(z) ； 2、在 Simulink 仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制； 3、绘制并分析数字控制器的振铃现象； 4、对振铃现象进行消除; 5、得出仿真结果并进行仿真分析; 6、程序清单及简要说明; 7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。 五、大林算法控制系统方案设计 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。 由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t 后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t >=0.5T （T 为对象的时间常数）时，实践证明用PID 控制很难获得良好的控制品质。 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID 控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法 ——达林(Dahlin)算法 ()1s e G s s -=+
电阻炉温度控制实习报告
北华大学 过程控制实习 实习题目：电阻炉温度控制系统 班级学号：_________________________ 姓名：_________________________ 专业名称：_________________________ 指导教师：_________________________ 2014年3月24日
前言 在大二的课程里我们学习了自动控制系统、过程控制工程及工业自动化仪表等课程。我们学习到了许多关于自动控制方面的理论知识，但实践是检验一切真理的标准，只有真真正正的将理论与实践相结合。用理论来指导实践，用实践来检验并完善理论。为了使提高我们的动手能力及理论相结合的能力，学校组织了为期三周的关于电阻炉温度控制系统的生产实习。 生产实习为期三周，分为两阶段。第一阶段为第一周，在这一周里，我们要了解温度控制系统所用到的仪器仪表及理论知识，学习使用组态王这一生产模拟软件并用它将温度控制系统的整个控制过程做成动态模拟动画。第二阶段为第二、第三两周，在这段时间里，我们需要学会PID自整定控制仪、无纸记录仪及可控硅三相调功器的功能、使用方法以及校准。画出整个系统的电气原理图及仪器仪表的电路接线图。利用4:1衰减曲线法来调节PID的控制参数，以实现无偏差控制的控制目标。经过三周的生产实习能够更好的做到学以致用，将理论实际相结合，用理论来指导实践，用实践来完善理论。
目录 第一部分系统简介及工艺流程 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2双向可控硅 (2) 1.3三相电阻炉 (3) 1.4K型热电偶 (5) 1.5温度变送器 (9) 1.6无纸记录仪 (10) 1.7工艺流程图 (13) 第二部分零点调整及量程调整 (14) 2.1零点调整 (14) 2.2量程调整 (18) 第三部分静态特性及动态特性 (18) 3.1静态特性及动态特性的定义 (18) 3.2实验步骤 (19) 3.3PID的参数整定口诀 (20) 3.4积分饱和问题 (20) 第四部分参数整定及投运 (22) 4.1在纯比例作用的参数整定 (22) 4.2在比例积分作用下的参数整定 (24) 4.3比例积分微分的参数整定 (25) 4.4系统的投运 (26) 第五部分组态王软件的应用 (27) 5.1组态王软件的简介 (27) 心得体会 (28) 参考文献 (30) 附录一 (31) 附录二 (32) 附录三 (33) 附录四 (34)
基于大林算法的温度控制系统设计说明
计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期 设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设 计 专业：__ __ 班级： __ _ 学号：___ _______ 姓名：_______ _ _____ 2016年5月
目录 第一章课题简介 (1) 1.1课题的目的 (1) 1.1.1 本机实现的功能 (1) 1.1.2 扩展功能： (1) 1.2课题的任务及要求 (1) 第二章系统方案设计 (2) 2.1 水温控制系统的总体介绍 (2) 2.2 系统框图 (2) 2.3 闭环系统的工作原理 (2) 第三章系统硬件设计 (3) 3.1 系统原理图 (3) 3.2 单片机最小系统设计 (3) 第四章大林控制算法设计 (5) 4.1 大林控制算法原理： (5) 4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6) 4.3 采样周期的选择： (7) 第五章水温控制系统的仿真 (7) 5.1振铃现象 (7) 5.2 Matlab仿真 (9) 5.2 大林算法控制系统编程设计： (10) 5.3各模块子程序设计 (11) 5.3.1主程序设计 (11) 5.3.2读出温度子程序 (12) 5.5.3数码管显示模块 (13) 5.5.4温度处理程序 (14) 第六章小结与体会 (15) 第七章参考文献 (16) 第八章附录 (17)
第一章课题简介 1.1课题的目的 1.1.1 本机实现的功能 （1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。 （2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。 （3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。 （4）当系统出现故障，超出控制温度围时，自动蜂鸣报警。 1.1.2 扩展功能： （1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 （3）温度控制的静态误差。 1.2课题的任务及要求 一升水由800W的电热设备加热，要求水温可以在一定围由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 （1）温度测量围：10~100℃，最小区分度不大于1℃。 （2）控制精度在0.2℃以，温度控制的静态误差小于1℃。 （3）用十进制数码管显示实际水温。
单片机的电阻炉温度控制系统设计
目录 概述 (2) 1 整体设计及系统原理 (2) 2 硬件设计 (3) 2.1 温度检测电路 (3) 2.2 键盘控制和显示电路 (5) 2.3 加热控制电路 (6) 3 心得体会 (8) 参考文献 (9)
基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 概述 电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。此次课程设计温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：300C?1000C ；恒 温时间：0?24小时；控制精度：±C；超调量＜1%。 1整体设计及系统原理 本系统由单片机AT89C51、温度检测电路、键盘显示、显示电路、温度控制电路等部 分组成。系统中采用了新型元件，功能强、精度高、硬件电路简单。其硬件原理图如图 1 所示。 在系统中，利用热电偶测得电阻炉实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与炉温相对应的数字信号进入单片机，单片机进行数据处理后，通过液晶显示器显示温度，同时将温度与设定温度比较，根据设定计算出控制量，根据控制量通过控制继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。 图1硬件原理图
程序流程图 在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。流程图如图2所示。 图2总体流程图
实验 大林算法(1)
实验 大林算法 一、实验目的 1.进一步掌握大林算法 2.熟悉大林算法硬件电路结构 二、实验器材 https://www.360docs.net/doc/6f13098089.html,KL —4型实验箱 2.虚拟示波器（软件） 3.计算机 三、实验线路原理 (1)纯滞后环节是通过控制采样保持器，使采样保持器的输出滞后D/A 输出一拍来模拟实现的。 采样周期T=0.2S ，大林设计目标定为：W b (S)=1 S e rs +τ- 式中τ=0.1S (2)D(Z)算法 计算机输入为E(Z)，输出为U(Z)，有： D(Z)=3 322113 322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K )Z (E )Z (U ------++++++= 将D(Z)式写成差分方程，则有： U K =K 0E K +K 1E K-1+K 2E K-2+K 3E K-3-P 1U K-1-P 2U K-2-P 3U K-3 (3)采样周期T 计算机用8253产生定时信号，定时10ms ，采样周期T 为：T=T K ×10ms T K 需事先送入2F60H 单元。范围：01H ～FFH ，对应T 的范围：10ms ～2550ms ，实验取T=0.2S=200ms ，T K =20=14H 。 (4)接线：
四、实验内容及步骤 (1)根据设计要求，确定计算机的D(Z)各个系数。 D(Z)=(0.48-0.3936Z-1)/(1-0.1350Z-1-0.8650Z-2) K0=0.4800， K1=-0.3936， K2=0， K3=0， P1=-0.1350， P2=0.8650， P3=0 (2)S11置方波档，S12置T3档，调W12使U1单元的OUT端的输出波形为2.5V方波，实验过程中调节W11改变波形的周期。S与ST短接。 (3)装入程序（TH6-1.EXE），使用默认的段地址和偏移量，由于程序前256T数据为存储缓冲，T K值（14H）存入2F60H单元，。 (4)在调试窗口内运行程序G=0000：2000，对照输入R观察输出C点的波形。 图6.1－4
电阻炉温度控制.
项目九电阻炉温度控制 项目内容： 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 温度采集采用热电偶，经过变送器后转换为电信号。经过A/D转换器ADC0809转变为数字量。 8031对温度的控制是通过D/A转换实现的。双向可控硅管和加热丝串接在交流220V、50Hz市电回路。在给定周期T内，8031只要改变可控硅管的接通时间即可改变加热丝的功率，以达到调节温度的目的。 通常，电阻炉炉温控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值，然后对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。在工业上，偏差控制又称PID控制，这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式，一般都能收到令人满意的效果。
能力目标： 课题1 A-D转换接口技术 课题2 ADC0809的应用技术 课题3 D-A转换接口技术 课题4 TLC5615的应用技术 实践演练： 1．亲手设计调试电阻炉的温度，对炉温的采集，与预设值相比较，对偏差值处理获得控制信号去调节电阻炉的加热功率，以实现对炉温的控制。 2．动手设计采集A/D转换温度对电炉丝进行控制，从而实现温度的调节。 3．通过该项目的训练，提高学生的实际动手操作能力，养成学生的工程道德观念，建立工程敬业精神和团队合作精神。
大林算法实验报告(20200623034811)
大林算法实验报告 一、实验目的 1、 掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、 进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、 掌握在MATLAB 下大林算法控制器的调试方法; 4、 观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1■大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯 滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一 阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 0 (s) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即 ： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象 G0(s)的纯滞后时间T 相同。 闭环系统的时间常数为 T T ，纯滞后时间T 与采样周期T 有整数倍关系, T =NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被 控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的 0 (s)串联之后的Z 变换，即0 (z)如下： R(z) _ s Ts 1 1- e T z 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即: s NTs Ke G o (s)- 1 Tp Ke 1 「s 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为: (s)二 1 Ts 1 G (z)=z3 心 .s 1 + T 1S 」 K Z — NT T/T 1 1 _ e ； 1 ■ e z
于是相应的控制器形式为: （仁「厲）（仁/仁一1 ） K （I e TTl ）1 - ―1 -（1 e TT ）^N_1 2■振铃现象及其消除 按大林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器 的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡，会造成执行机构的磨损。 在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳 定性。 衡量振铃现象的强烈程度的量是振铃幅度 RA (Ringing Amplitude)。 它的定义是：控制器在单位阶跃输入作用下，第零次输出幅度与第一次 输出幅度之差值。 当被控对象为纯滞后的一阶惯性环节时，数字控制器 D(z)为： D 注 ⑴e TT )(i -宀\ D(Z) T T 1 T T -1 T T N -1 K(1- e J 1- e "z - (1- e f)z ] 由此可以得到振铃幅度为： T/T T/T 1 T/T 1 -T/T RA= ( e ) -( e 1 p e - e 于是，如果选择 T T >T1,则RA W 0,无振铃现象；如果选择 T T < T1, 则有振铃现象。由此可见，当系统的时间常数 T T 大于或者等于被控对象的 时间常数T1时，即可消除振铃现象。 三、实验内容 已知某过程对象的传递函数为: 期望的闭环系统时间常数 T 0 = 0.25s ，采样周期 T =0.5s 。 要求： (1) 适用大林算法设计数字控制器； (2) 判断有无振铃现象，若有则修改控制器消除之，仿真并分析系统在单位阶跃响应下 的输出结果； (3) 利用PID 控制器控制该对象，使得系统在单位阶跃信号下的响应满足超调量不超过 20%，衰减比为4:1，调节时间不超过 4s ； ⑷分析以上两种方法的优缺点。 四、实验过程 G （s ）二 3e -0.5s 0.6s 1
大林算法控制系统设计
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：大林算法控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分 任 务 书
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：大林控制算法。 3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 5 10 0.5 1.5(), ()(1)(0.81) (1)(0.41) s s G s e G s e s s s s --= = ++++8 8 10.5(), ()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51) s s G s e G s e s s s s --==++++5 8 1.52(), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++ 5 5 12(), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++
电阻炉温度控制系统设计
0121011360504 学号： 题目电阻炉温度控制系统设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1005班 姓名柳元辉 指导教师刘小珠 2014 年 1 月10 日
课程设计任务书 学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院 题目: 电阻炉温度控制系统设计 初始条件： 1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程 控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等； 2.先修课程：仪表与过程控制系统等。 3.主要涉及的知识点： 过程控制仪表、控制系统、被控过程等 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求） 1.课程设计时间：1.5周； 2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成； 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、 被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写， 具体包括： ①目录； ②摘要； ③生产工艺和控制原理介绍； ④控制参数和被控参数选择； ⑤控制仪表及技术参数； ⑥控制流程图及控制系统方框图； ⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨参考文献（不少于5篇）； ⑩其它必要内容等。
时间安排： 指导教师签名： 2013 年 12 月 27 日系主任（或责任教师）签名：年月日
控制系统的极点配置设计法
控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,
3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系
二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚
电阻炉温度控制系统的设计
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用 51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论.......................................................................................................................................- 1 - 1.1 选题背景...................................................................................................................- 1 - 1.2电阻炉国内发展动态...............................................................................................- 1 - 1.3设计主要内容...........................................................................................................- 2 - 二、温度测量系统的设计要求...................................................................................................- 3 - 2.1 设计任务.....................................................................................................................- 3 - 2.2 系统的技术参数.........................................................................................................- 3 - 2.3 操作功能设计.............................................................................................................- 4 - 三、系统硬件设计.......................................................................................................................- 5 - 3.1 CPU选型......................................................................................................................- 5 - 3.2 温度检测电路设计........................................................................................................- 5 - 3.2.1 温度传感器的选择.............................................................................................- 5 - 3.2.1.1热电偶的测温原理...............................................................................- 6 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿..............................................................................- 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计...............................................................................- 7 - 3.2.2.1 MAX6675芯片...................................................................................- 7 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理.......................................................................- 8 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.................................................................- 8 - 3.3 输入/输出接口设计 ....................................................................................................- 9 - 3.4 保温定时电路设计................................................................................................... - 10 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接 .............................................................................. - 11 - 3.5 温度控制电路设计..................................................................................................... - 11 - 系统硬件电路图................................................................................................................ - 13 - 四、系统软件设计.................................................................................................................... - 15 - 4.1 软件总体设计............................................................................................................. - 15 - 4.2 主程序设计................................................................................................................ - 15 - 4.3 温度检测及处理程序设计......................................................................................... - 16 - 4.4 按键检测程序设计..................................................................................................... - 18 - 4.5 显示程序设计............................................................................................................. - 20 - 4.6 输出程序设计............................................................................................................. - 21 - 4.7中值滤波..................................................................................................................... - 22 - 五、结论.................................................................................................................................... - 23 - 参考文献.................................................................................................................................... - 24 -
可编程控制器控制系统设计方法
可编程控制器控制系统设计方法 一、问题提出 可编程控制器技术最主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。 二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤 1 ．系统设计的主要内容 （ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； （ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； （ 3 ）选定 PLC 的型号；
（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计； （ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （ 8 ）编写设计说明书和使用说明书； 根据具体任务，上述内容可适当调整。 2 ．系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示。图 1 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤
（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （ 2 ）确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 （ 3 ）选择合适的 PLC 类型 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
大林算法实验报告
大林算法实验报告 一、实验目的 1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法； 4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1.大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数φ(s ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象G 0(s )的纯滞后时间τ相同。 闭环系统的时间常数为T τ ，纯滞后时间τ与采样周期T 有整数倍关系， τ=NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的φ(s )串联之后的Z 变换，即φ(z )如下： 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即： 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： 1 ()1 s s e T s ττ φ-=+1/1() 1(1)()=()11T s ττ T/T s N T T -Y z e e e z z Z z R z s T s e z ττ φ------??--==?=? ? ?+-?? 011()11s NTs Ke Ke G s T s T s τ--== ++11/1/1111()11T T Ts s N T T e Ke e G z Z Kz s T s e z τ-------??--=?=? ?+-??
基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)
课程设计任务书学院专业 学生姓名班级学号 课程设计题目基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计实践教学要求与任务: 1）构成电阻炉温度控制系统 2）大林算法设计 3）硬软件设计 4）实验研究 5）THFCS-1现场总线控制系统实验 6）撰写实验报告 工作计划与进度安排: 1）第1～2天，查阅文献，构成闭环温度控制系统 2）第3天，大林算法设计 3）第4～5天，硬软件设计 4）第6天，实验研究 5）第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验 6）第10天，撰写实验报告 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日
目录 摘要 (1) 1.课题简介 (2) 1.1课题目的 (2) 1.2课题内容 (2) 1.3课题要求 (2) 2.大林算法控制系统方案设计 (3) 2.1控制系统总体介绍 (3) 2.2控制系统闭环工作原理 (3) 3.大林算法控制系统硬件电路设计 (4) 3.1 A/D采样电路 (4) 3.2 D/A输出电路 (5) 3.3给定对象硬件电路设计 (6) 3.4总硬件图 (7) 4.大林算法控制系统算法设计 (8) 4.1 控制算法的原理 (8) 4.2 计算机实现的计算机公式推导 (8) 4.3 采样周期的选择 (9) 5.大林算法控制系统软件编程设计 (10) 5.1 主程序与中断流程图 (10) 5.2 部分控制程序代码 (11) 6.结论 (15) 7. 小结与体会 (16) 参考文献 (17)
摘要 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为20KW ，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行控制，要求控制温度范围50～350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双 向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象温控数学模型为：()1s d d K e G s T s -=+τ其中：时间 常数d T =350秒，放大系数d K =50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用大林算法 。 关键词：单片机；A/D 、D/A ；大林算法；传感器；炉温控制