自动控制原理课程设计

• for k=1:1000
•
time(k)=k*ts;
•
rin(k)=1;
•
yout(k)=0.9778*y_1+0.0622*u_11 ;
•
error(k)=rin(k)-yout(k);
电阻炉炉温控制系统PID调节
• wkp(k)=wkp_1+xiteP*error(k)*u_1*x(1);
•
beta=0.3;
•
else if abs(error(k))>=0.6&abs(error(k))<=0.8
• beta=0.6;
•
else if abs(error(k))>=0.4&abs(error(k))<=0.6
•
beta=0.9;
•
else
•
beta=1;
•
end
•
end
•
end
电阻炉炉温控制系统PID调节
两图相比较积分分离PID超调量小，控制精度较高。
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 3、神经元PID控制在炉温控制中的应用
• 神经元自适应有几种典型的学习规则，这里选取有监督的Hebb学习规则：
• 仿真程序如下：
• x=[0,0,0]';
• xiteP=0.755;xiteI=0.0094;xiteD=15.1;
•
y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);
•
u_11=u_10;u_10=u_9;u_9=u_8;u_8=u_7;u_7=u_6;u_6=u_5;u_5=u_4;
•
u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);
•
电阻炉炉温控制系统PID调节
• error_2=error_1;error_1=error(k);
•
•
wadd(k)=abs(wkp(k))+abs(wki(k))+abs(wkd(k));
•
w11(k)=wkp(k)/wadd(k);
•
w22(k)=wki(k)/wadd(k);
• w33(k)=wkd(k)/wadd(k);
•
w=[w11(k),w22(k),w33(k)];
•
•
u(k)=u_1+K*w*x;
•
wki(k)=wki_1+xiteI*error(k)*u_1*x(2);
•
wkd(k)=wkd_1+xiteD*error(k)*u_1*x(3);
•
K=0.01;
•
x(1)=error(k)-error_1;
•
x(2)=error(k);
•
x(3)=error(k)-2*error_1+error_2;
• ei=0;
• for k=1:200;
• time(k)=k*ts;
电阻炉炉温控制系统PID调节
• yout(k)=-den1(2)*y_1+num1(2)*u_11 ;
•
rin(k)=1;
•
error(k)=rin(k)-yout(k);
•
ei=ei+error(k)*ts;
•
•
if abs(error(k))>=0.8&abs(error(k))<=0.1
• wkp_1=0.1;wki_1=0.1;wkd_1=0.1;
• error_1=0;error_2=0;
• u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;u_6=0;u_7=0;u_8=0;u_9=0;u_10=0;u_11=0;
• y_1=0;y_2=0;y_3=0;
• ts=4;
•
[5] 谭浩强编著.MCS-51单片机应用教程.清华大学出版社，2001
•
[6] 胡寿松.自动控制原理.第四版.北京科学出版社，2003
•
[7] 吴麒.自动控制原理.清华大学出版社，1990
•
[8] 蔡尚峰.自动控制理论.北京机械工业出版社，1980
•
[9] 佛特曼，TE等.吕林等译.线性控制系统引论，1980
电阻炉炉温控制系统PID调节
则PID参数整定经验公式（如下表）
参数
Kp
Ti
Td
控制器
P
KL/T
PI
0.9KL/T
3L
PID
1.2KL/T
2L
L/2
故： PID控制器为：
电阻炉炉温控制系统PID调节
• B．MATLAB仿真 • • 没用PID调节时：
• 仿真程序如下： • t = [0:1:500]'; • ut=[t,ones(size(t))]; • [t,x,y]=sim('PID1',500,[],ut); • plot(t,y); • gird on • 仿真图如下：
• 通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识 的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大 学四年学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔 接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、 不断完善。这两周的设计是对过去所学知识的系统提高和 扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。
• wkp_1=wkp(k);
•
wkd_1=wkd(k);
•
wki_1=wki(k);
• end
• figure;
• plot(time,yout,'b');
• axis(0,1000,0,1.4);
• 仿真结果如下：
电阻炉炉温控制系统PID调节
由图可看出，神经元自适应PID控制效果最好，积分 分离在普通PID的基础上有所加强。
电阻炉炉温控制系统PID调节
加PID时：
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 所得结果:
• 1.2.2 临界比例度法 • A 参数整定 • 先使PID处于纯比例作用，使系统处于闭合状态，然后由小到大增加Kp，直到系统y
为等幅振荡，记此时PID中比例系数为Km，等幅振荡周期为Tm，则PID参数按表二进 行整定：
自动控制原理课程设计
专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间：
电气工程及其自动化 2010级智能检测
程伟阔 2010016031 王淑玉 2012年11月25日
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 摘要
• 数字PID控制在生产过程中是一种最普遍采用的 控制方法，在机电、冶金、机械、化工等行业中 获得了广泛的应用。本文以加热炉炉温控制系统 中PID调节为研究课题，对其进行PID设计，讨论 及总结，并给出几种改良PID控制在此控制系统中 的运用，讨论其效果及作用。最终论述智能PID控 制在温度控制中的运用。对传统PID控制、改进型 PID控制以及智能PID控制算法使用MATLAB进行仿 真，并对仿真结果加以分析。
•
• error_2=error_1;error_1=error(k);
• end
• figure(1);
• plot(time,yout,'r');
• axis([0,1000,0,2]);
• figure(2);
• plot(time,u,'r');
• 仿真结果如下：
电阻炉炉温控制系统PID调节
电阻炉炉温控制系统PID调节
寻找Km有：
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 由图知，该系统无等幅振荡情况，故无法用此方法整定。
• 2、积分分离PID在炉温控制中的应用
• 2.1积分分离PID
• 具体步骤如下： • 根据实际情况，认为设定ε>0. • 当|e(k)|>ε,采用PD控制，可以避免缠身过大超调，又使系统有较快的反映。 • 当|e(k)|≦ε，采用PID控制，以保证系统精确精度。
• 2.2具体应用及仿真
• 用普通PID控制炉温曲线为图二。下面采用积分分离PID： • 采样时间为：Ts=4s,延迟时间为40s
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 仿真指令信号为rin(k)=1。
•
仿真程序如下：
• num=[2.8];
• den=[178,1];
• ts=4;
• g0=tf(num,den,'inputdelay',40);
• kp= 0.755;
•
ki= 0.0094;
•
kd=15.1;
• u(k)=kp*error(k)+kd*(error(k)-error_1)/ts+beta*ki*ei;
•
• y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);
• u_11=u_10;u_10=u_9;u_9=u_8;u_8=u_7;u_7=u_6;u_6=u_5;u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2; u_2=u_1;u_1=u(k);
对象为上述加热炉总传递函数，即：
•
PID离散算法可表示为(用增量表示)
•
T---采样周期 TD ---微分时间 TI---积分时间KP ---比例系数
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 根据实际情况可确定：采样时间T=1s。
• 1.2.1 Ziegler-Nichols参数整定方法
• 参数整定 • 通过实际实验测取过程开环阶跃响应曲线如2.1所示。
电阻炉炉温控制系统PID调节
•引言
•
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70年历史，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的主要技术之
一。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根
据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行
控制的。PID控制在工业生产中应用颇广，尤其是钢铁工
业中。本文选取钢铁工业钢铁生产车间中电阻炉温度控制
系统为模型，根据其传递函数对其PID进行整定，进一步
分析改进型PID和智能PID控制对控制系统的作用效果。
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 1、炉温控制系统的PID设计
• 1.1炉温模型及其传递函数
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 其加热炉传递函数为： (取自姜学军著 计算机控制技术 清华大学出版社 2005年)，控制系统采用PID控制。
• 1.2 PID 参数整定
•
连续PID控制是指系统中的控制器具有如下形式：
Βιβλιοθήκη Baidu
•
式中为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。这里PID的调节
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 参考文献
•
•
[1] 康华光编著.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社，2000
•
[2] 于海生编著.计算机控制技术.机械工业出版社，2003
•
[3] 李晓莹编著.传感器与测设技术.高等教育出版社，2002
•
[4] 付家才编著.单片机实验与实践.高等教育出版社，2004
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 心得体会
通过为期一周的课程设计，让我学习了很多，也了解了 很多，真的可以说是受益匪浅。 • 此次课程设计中，我做的课题是《电阻炉炉温控制系 统PID调节的研究》。整个系统分为四个部分：测量检测 模块，控制调节模块，驱动执行和电源模块。查阅了很多 资料并且对以前学习的专业知识系统并有针对性的复习设 计出了自己满意作品，进而得到同学和老师的肯定，也只 有这样才能起到此次课程设计的目的。 • 通过各方面的努力，最终设计出了自己较为满意的系统。 虽然这一周过得很辛苦，但是自己付出的努力得到了回报， 那种成就感是任何事物都无法代替的。还有在设计过程中， 我们积累的经验，对我们以后的学习和工作会有莫大的帮 助。
• g1=c2d(g0,ts,'zoh');
• g2=ss(g1)
• [num1,den1]=tfdata(g1,'v')
•
• u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;u_6=0;u_7=0;u_8=0;u_9=0;u_10=0;u_11=0;
• y_1=0;y_2=0;y_3=0;error_1=0;error_2=0;
•
[10] 谬尔康.现代控制理论基础.成都科技大学出版社，1988
电阻炉炉温控制系统PID调节
• 致谢
•
• 经过王淑玉老师细心教导和指点，加上我们小组的积 极配合和参与，经过自己不断的搜索努力，本设计已经基 本完成。在这段时间里，老师严谨的治学态度和热忱的工 作作风令我十分钦佩并受益非浅，在此对王老师表示深深 的感谢。