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1、 设计题目 -基于MATLAB的电炉温 度控制算法比较及仿真研究系 别： 电子电气工程系 班 级：10级电气工程及其自动化（1）班姓 名： 李权洋 指 导 教 师： 梁绒香 学 号：95014030 计算机控制技术 级期末考察题目一、 题目基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究二、阐明: 设某电炉控制对象的控制模型为，运用所学知识，对其控制算法进行比较研究并运用MATLAB编程或者simulink模块进行仿真，从而给出最优控制算法结论。三、规定：1. 炉温变化范畴：0200，规定实现80温度的恒温控制；2.炉温变化参数规定： 80S；超调量10；静态误差2。3. 至少采用三种算法（如
2、PID算法及其改善算法、Smith预估控制算法、达林算法或者其她算法等）做算法对比研究。4、可以自己在基本规定基本上，增长其她算法研究，如：多种PID改善算法、模糊控制算法等。5、截取每种算法的算法连接图或者程序以及相应的仿真成果四、报告书写：实验完毕后，用A4纸撰写研究报告，重要涉及：1、 研究对象分析阐明；2、 各算法设计部分涉及：1） 算法简介；2） 仿真程序或者仿真连接图；3） 仿真成果；4） 仿真成果分析阐明3、 对每种算法作总结比较，总结各自特点，讨论并最后得出本电炉温度控制的抱负算法。4、 对本次设计整个过程做小结，阐明自己在整个过程中面临的问题、解决的措施、心得及体会四、时间安
3、排：设计时间两周，最迟6月7日之前完毕。五、其她事项阐明：1、首页封面涉及题目、班级、学号、姓名；2、报告中所用图应均为自己仿真完毕，切忌抄袭、复制她人，一经发现，抄的和被炒的自我负责成绩，别怪教师手下不留情哦。请人们自觉。3、各班班长最后把每个班的仿真算法发给我，我随机运营你们的仿真成果。人们在图号上最佳涉及自己名字缩写。一、PID算法的设计及分析1、控制算法的拟定 PID调节是持续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算措施。它构造灵活，不仅可以用常规的PID调节，并且可以根据系统的规定，采用多种PID的变型，如PI、PD控制及改善的PID控制等。它具有许多特点，如不需规定出数学模型、控
4、制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数字PID完全可以替代模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。因此该系统采用PID控制算法。系统的构造框图如图1所示： 图1 系统构造框图根据偏差的比例、积分、微分的线性组合，进行反馈控制（简称控制），是近年来，工业应用中最为广泛的一种控制规律，该控制措施浮现于世纪三四十年代，合用于对被控对象模型理解不清晰的场合，都能得到比较满意的效果。它具有原理简朴、易于实现、参数整定以便、构造变化灵活、适应性强等长处，在持续系统中获得了广泛的应用。在计算机进入控制领域后，用计算机实现的数字PID算法替代了模拟PID调节器，这种控制
5、规律的应用不仅没有受到影响，并且有了新的发展，它仍然是当今工业过程计算机控制系统中应用最广泛的一种。2、基于MATLAB仿真被控对象simulink仿真模型 图2 PID simulink仿真模型运用拼凑法整定PID参数，经多次变化参数以达到设计规定，从而满足设计条件。 图3 参数整定值 图4 系统输出阶跃响应 图5 参数整定值 图6 系统输出阶跃响应二、达林算法的设计及分析 1、达林算法简介 达林（dahlin）针对一类带有纯滞后环节的工业对象在1968年美国IBM公司的提出的，合用于没有超调或较小的超调，而对迅速性规定不高的场合。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
6、数分别为： （1-4-1） （1-4-2） 其中为被控对象的时间常数，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的是使整个闭环系统的传递函数相称于一种带有纯滞后的一阶惯性环节，即 ，其中 由于一般控制对象均与一种零阶保持器相串联，因此相应的整个闭环系统的脉冲传递函数是 （1-4-3） 于是数字控制器的脉冲传递函数为 （1-4-4） D(z)可由计算机程序实现。由上式可知，它与被控对象有关。它分为一阶和二阶纯滞后环节两种状况。 2、基于MATLAB仿真被控对象simulink仿真模型 图 7 dahlin simulink仿真模型 图8 参数整
7、定值 图9 系统输出阶跃响应 图10 参数整定值 图11 系统输出阶跃响应 图12 参数整定值 图13 系统输出阶跃响应三、Smith算法1、Smith算法简介Smith预估控制法是一种与对象并联的“预估补偿模型”的纯滞后补偿措施，使得控制对象为扣除纯滞后的对象。已知纯滞后负反馈控制系统，其中 其中D(s)为调节器传递函数，为对象传递函数，其中G0(s)e-3s包含纯滞后特性,纯滞后时间常数=3。 Smith控制的工作原理是将被控对象在基本扰动作用下的动态特性，简化为一种纯迟延与一种一阶惯性环节相串联的数学模型，预估器根据这个输入的数学模型，预先估计出所采用的控制作用对被控量的也许的影响，而不
8、必等到被控量有所反映之后再去采用控制动作，这有助于改善控制系统的动态性能。2、基于MATLAB仿真被控对象simulink仿真模型 图14 smith simulink仿真模型 图15 参数整定值 图16 系统输出阶跃响应 图17 参数整定值 图18 系统输出阶跃响应四、大林算法、PID算法、Smith预估控制算法三种算法比较达林算法 许多实际工程中常常遇到某些纯滞后调节系统，滞后时间比较长，但规定系统具有较好的动态特性和稳定性、没有超调量或很少超调量。此类系统采用PID算法控制效果往往欠佳，而大林算法对改善滞后给系统带来的不良影响具有良好的效果。PID算法 在持续时间控制系统中，PID控制器
9、应用非常广泛，其设计技术成熟，长期以来形成了典型的构造，参数整定以便，构造更改灵活。由于计算机程序的灵活性，数字PID控制比持续PID控制更为优越。Smith算法 合用于较大纯滞后系统的控制综上可得smith算法可得比较好的控制成果五、 心得体会 在本次设计任务过程中我学习到了诸多在课堂上学不到位的知识,不仅对于PID算法、达林算法和Smith算法理解更深，并且对于MATLAB软件的仿真过程及其参数设立都获得了更多的结识和掌握。我深刻体会到通过完毕课程设计来达到掌握课程知识的目的好处！六、参照文献 1、黄安平 马路 刘慧敏 主编 MATLAB7.0/Simulink6.0建模方正开发与高档工程应用 清华大学出版社 .12 2、于海生 主编 计算机控制技术 机械工业出版社 .1
