【精品】烤箱温度控制系统设计

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一、设计题（满分100分)

请在以下题目中任选一项完成设计

1. 汽车运动控制系统设计;

2. 电烤箱温度控制系统设计

3. 汽车减震系统建模仿真；

4. 汽车自动巡航控制系统的PID 控制；

5. 汽车怠速系统的模糊PID 控制；

6. 双闭环直流调速系统的设计与仿真

7. 自选测控项目（给出你自选的题目）

8. 本份试题选取项目为：电烤箱温度控制系统设计 附评分细则：

《MATLAB工程应用》期末考试设计报告

第一章概述

本次课题的主要内容是通过对理论知识的学习和理解的基础上，自行设计一个基于MA TLAB 技术的PID控制器设计，并能最终将其应用于一项具体的控制过程中。以下为此次课题的主要内容:

（1)完成PID控制系统及PID调节部分的设计

其中包含系统辨识、系统特性图、系统辨识方法的设计和选择。

（2）PID最佳调整法与系统仿真

其中包含PID参数整过程，需要用到的相关方法有：

b。针对有转移函数的PID调整方法

主要有系统辨识法以及波德图法及根轨迹法.

(3)将此次设计过程中完成的PID控制器应用的相关的实例中,体现其控制功能（初步计划为温度控制器)

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第二章调试测试

2。1进度安排和采取的主要措施：

前期:1、对于MATLAB的使用方法进行系统的学习和并熟练运用MA TLAB的运行环境，争取能够熟练运用MA TLAB。

2、查找关于PID控制器的相关资料,了解其感念及组成结构，深入进行理论分析，并同步学习有关PID控制器设计的相关论文，对其使用的设计方法进行学习和研究。

3、查找相关PID控制器的应用实例，尤其是温度控制器的实例，以便完成最终的实际应用环节.

中期：1、开始对PID控制器进行实际的设计和开发，实现在MATLAB的环境下设计PID控制器的任务.

2、通过仿真实验后,在剩余的时间内完成其与实际工程应用问题的结合,将其应用到实际应用中（初步计划为温度控制器）.

后期：1、完成设计定稿.

2、打印以及答辩工作地准备.

2。2被控对象及控制策略

2。2.1被控对象

本文的被控对象为某公司生产的型号为CK—8的电烤箱，其工作频率为50HZ，总功率为600W,工作范围为室温20℃—250℃。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:

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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。具体用科恩-库恩（Cohn-Coon ）公式确定近似传递函数

[8-9]

.

给定输入阶跃信号250℃，用温度计测量电烤箱的温度，每半分钟采一次点，实验数据如下表2-1：

表2-1烤箱模型的温度数据

实验测得的烤箱温度数据 Cohn-Coon 公式如下:

M C K ∆∆=/

)(5.128.0632.0t t T -=

)3

1

(5.1632.028.0t t -=τ(2-2)

△M-系统阶跃输入;△C —系统的输出响应 t0。28-对象飞升曲线为0。28△C 时的时间（分） t0。632-对象飞升曲线为0。632△C 时的时间（分） 从而求得K=0.92,T=144s ，τ=30s 所以电烤箱模型为：

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114492.0)(30+=

-s e S G s

2。2。2控制策略

将感测与转换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。在过程实践中，应用最为广泛的是比例积分微分控制,简称PID 控制，又称PID 调节。PID 的问世已有60多年的历史了,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[10］.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，控制理论的其他设计技术难以使用，系统得到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 最为方便。即当我们不完全了解系统和被控对象,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。 比例、积分、微分 1.比例

V0

2-1比例电路

1

2

0)

()(R R Vi V t t -=

)()(1

2

0t t Vi R R V ⨯-=(2-3）

2积分器

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V0

1/SC

2—2积分电路

S

CR SCR R SC Vi V t t 1111

0111)

()(⨯

-=-=-=

Vi S CR V t 1101)

(⨯-=

⎰-=Vidt CR V t 1

)

(10(2—4）

3微分器

V0

V1

2—3微分控制电路

S CR SC

R Vi V t t 22

)

()(10-=-=

)

(2)(0t t SVi CR V -=