饮水机的温度控制系统仿真

控制计算机辅助设计课程设计报告

——饮水机的温度控制系统仿真

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学院：自动化

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指导老师：***

一， 饮水机温度控制系统的特性

饮水机温度控制系统是闭合的反馈系统。温控系统主要由温度传感器、温度控制器、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图1-1所示。

控制器：PID 调节

温度传感器检测：检测水温

执行机构：控制开关，改变饮水机通电和断电的时间，进而改变水温（时间比为α)

二，饮水机温度控制系统的数学模型

理论分析和查阅资料得到，饮水机的加热管可以用一个一阶惯性环节和一延时环节来近似代替，用于饮水机工作是基本密封，忽略其他扰动因素，输入的电功率可以认为全部用于加热管的升温，其数学模型为

Gc(s)=Ke^-τs/T1s+1

可得闭环传递函数Tc=αα

)()(G )(1)()(s H s s Gc s G s Gc +

PID G （s ）=KP+KI/s+KD*s

KP ——比例增益， KI ——积分增益， KD ——微分增益 三，温度控制系统的simulink 仿真

简化模型，设置T1=300，设定的温度为85 C,H （s)=1，α=1

1.无PID

实际温度只有设置温度的一半

2.加入PID调节

2.1P控制

设置KP=20,KI,KD=0;

系统稳定值与输入85 ︒C相差5︒C

比例增益KP增大会使得系统响应速度快，KP偏大，震荡次数变多，调节时间变长；KP偏小，又会使系统动作缓慢

2.2 PI控制

设置KP=20，KI=0.1

系统稳定值基本与输入相等

超调量σ%=85

8594 *100%=10.6%过大 2.3 PID 控制

设置KP=20，KI=0.1,KD=0.2

此时输出跟输入基本相等

注：PID 参数设置采用试凑法。仿真采用定步长，四阶龙格库塔法。 四，饮水机温度控制系统相关性能指标计算

延时时间 t d=13s

峰值时间 t p=59s

上升时间 t r =24-3.5=20.5s

超调量 σ%=85

85-4.86*100%=1.6% G （s ）=KP+KI/s+KD*s=20+0.1/s+0.2s

ess=)(sE lim 0s s →=85/s *Tc(s)-1s lim 0

s ）（→=0 五，参考资料

现代控制系统第十版 多尔夫著

控制系统仿真 郑恩让著