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1、南京工程学院课程设计说明书(论文题 目 温箱温度控制系统的设计 及实物调试 课 程 名 称 自动控制原理 院 系 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化班 级 电力083学 生 姓 名 张乡农学 号 同 组 成 员 周沫、朱建、张铃灵 设 计 地 点 工程实践中心8栋317 指 导 教 师 朱建忠 设计起止时间： 11年5月30日至11年6月2日目 录课程设计任务书1.课程设计任务书31.1 课程设计的目的41.2 课程设计的题目及要求41.3 课程设计的任务及要求51.4 主要参考文献51.5 学时分配61.6 成绩考核办法6温箱温度控制系统的设计及实物调试1.温箱温度控制系统的设计71.
2、1软件仿真单元71.1.1温箱实验说明71.1.2MATLAB仿真温箱实验设计81.1.3仿真分析92.温箱温度控制系统的实物调试122.1硬件调试单元122.1.1实验设备及仪器 122.1.2设计原理122.1.3 设计内容及步骤13PID校正 13在P 环节下温箱控制闭环13在I环节下温箱控制闭环15 在PI环节下温箱控制闭环163.设计心得184.参考文献 19南京工程学院课程设计任务书课 程 名 称 自动控制原理 院系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化 班 级 电力083姓 名 张乡农学 号 起 止 日 期 2018.5.30至2018.6.2 指 导 教 师 朱
3、建忠 1课程设计应达到的目的1、通过温箱温度闭环仿真及实物调试熟悉课程设计的基本流程；2、掌握控制系统的数学建模；3、掌握控制系统性能的根轨迹分析或时域特性分析；4、掌握频率法校正或根轨迹法校正；5、能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作；6、学会用MATLAB进行基本仿真。2课程设计题目及要求设计要求1分析系统的工作原理，进行系统总体设计。2构成开环系统，并分析器动态响应。3测出各环节的放大倍数及其时间常数。4对系统进行扰动分析。5比较开环时和闭环时的动态响应。6分析温度闭环无差系统的动态性能，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指
4、标满足%10%，0.1秒，静态误差小于2%。7. 采用某种校正方式实现系统的稳定控制。8对本课程设计提出新设想和新建议。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求课程设计任务1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解温箱温度控制系统的工作原理。 2）总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有 的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。 3）总体方案的确定 可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。4）系统实现 搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭
5、环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据4主要参考文献1、薛定宇.反馈控制系统设计与分析.北京:清华大学出版社,2000.2、飞思科技产品研发中心.MATLAB 7辅助控制系统设计与仿真.北京:电子工业出版社,2005.3、胡寿松.自动控制原理.4版.北京:科学技术出版社,2001.4、白继平，徐德辉. 基于MATLAB下的PID控制仿真【J】.中国航海，2004:554-557.5课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内 容5月30日5月30日上午5月30日下午5月31日-6月1日上午）6月1日下午）-6月2日上午）6月2日下午）认识系统构成和原理分析
6、数学建模控制策略研究和仿真实物接线和调试撰写设计说明书、设计计算书及资料整理撰写设计说明书、设计计算书及资料整理答辩6成绩考核办法1、考核方法：平时表现，设计成果，答辩表现。2、成绩评定：平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%。教研室审查意见：教研室主任签字： 年月日院系、部、中心）意见：主管领导签字：年月日温箱模型说明设计题目：温箱控制系统设计及实物调试设计目的：1. 加强对随动控制系统的认识，掌握工程设计的方法。2. 通过对随动系统的单元,部件及系统的调试,提高实际技能,培养分析问题解决问题的能力。3. 掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。4. 培养编制技术总结报告的能力。设计设备
7、：1、 ACCC型自动控制理论及计算机控制技术实验装置2、 数字式万用表3、 示波器4、 MATLAB软件设计任务：复习相关资料，到图书馆查找有关资料，了解温箱温度控制系统的工作原理。总体方案的构思根据设计的要求和条件进行摁镇分析和研究，找出关键问题。广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。总体方案的确定可从频域法，根轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。系统实现搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据。一、MATLAB仿真温箱实验设计注
8、：1.给定温箱系统参数：放大系数K=4.4；过程时间常数T=340；纯滞后时间=20。2.系统响应要求：%15%,ts135s。利用MATLAB软件设计PID校正早在1942年，Ziegler与Nichols提出了一种使用的PID控制经验公式，这个经验公式是基于带有延迟的一阶传递函数提出的。这样的对象模型可以表示为在实际的过程控制系统中，有大量的对象模型可以近似地由这样的一阶模型来表示，如果不能物理地建立起系统的模型，我们还可以由实验提出相应的参数，例如，如果可以通过实验测取对象模型的阶跃响应，则输出信号可以由图2中给出的草图形状来近似。这样我们可以通过这样的草图获取，与控制器类型由阶跃响应整
9、定PPIPID从表1中可以看出，除了可以通过它设计PID控制器之外，我们还可以由同样的模型参数设计出P控制器和PI控制器。PID控制器公式：对闭环系统只作用比例控制作用，如图1.2中系统开环控制框图，输出如图1.3。图1.2 开环控制框图图1.3 根据斜率，算出L=14.2 T=431.3=KL/T=0.145=6.813=6.134=8.145闭环系统框图出下图：图1.4 闭环系统框图PI参数设定如下图：图1.5PI参数设定结果如下图：1.6 结果图二、硬件仿真2.1 实验设备及仪器 1ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术实验装置。 2数字式万用表。 3示波器。图2.1温度控制系统框
10、图2.2 设计原理 温控制系统框图如图2.1所示，由给定、PI调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分组成。在参数给定的情况下，经过PI运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压为5V。PI调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0100的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0200,温度变送器的输出电压范围为DC010V。根据实际的设计要求，调节反馈系数b，从而调节输出电压
11、。2.3 设计内容及步骤 PID校正分别以比例环节、积分环节、比例积分环节校正温箱控制系统框图实验参数如下： R0=R1=R2=100K,R3=10K，R5=1M，C1=1F，Rf/Ri=2。（1） P功能测试比例环节模拟图 改变R3、R4的值R3=10K，R4=1M和R4=30K。得到以下输出曲线： R4=30K时的输出曲线R4=1M时的输出曲线结果分析：发现通过改变Kp即R4的大小并不能使得最后的稳定值到达给定的5V，而且随着Kp的增大，误差越来越小，最后选定R4=1M，并不能消除误差，这也是P环节的作用。P环节的传递函数为：（2） I功能测试积分环节模拟图改变C的值，C=10uF。C=1uF。得到以下输出曲线： C=10uf时输出曲线 C=1uf时输出曲线 结论分析：积分环节的作用：可以改善系统的稳定精度降低误差）。动态特性 缓慢，有延时性，有记忆作用。积分环节电容C越大，积分作用越弱，反之C越小积分作用越强。并且C越大，积分容量越大，响
