水溫計算機控制系統(tǒng)設(shè)計Matlab仿真

1、計算機控制技術(shù)設(shè)計報告 題目：水溫計算機控制系統(tǒng)姓名：張家明班級：09自動化2班學(xué)號：080312009081一設(shè)計任務(wù)與要求1.基本要求1L水由1kW的電路加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度變化時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持在設(shè)定的溫度。2.主要性能指標(biāo)(1).溫度設(shè)定范圍：10100，最小分辨率為1。(2).控制精度：溫度控制的穩(wěn)態(tài)誤差<0.2.(3).能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前水溫(4).具有通信能力，可通過RS-232串口輸出當(dāng)前溫度值至上位機。(5).采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時減小系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。二方案論證由于水溫控制系統(tǒng)的控制對象具有熱儲存能

2、力大，慣性也較大的特點，水在容器內(nèi)的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以將被控對象歸于具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)可以采用以下幾種控制方案：1.輸出開關(guān)量控制對于慣性較大的過程可簡單地采用輸出開關(guān)量控制的方法。這種方法通過比較給定值與被控參數(shù)來控制輸出的狀態(tài)：通過控制加熱回路的晶閘管的導(dǎo)通或關(guān)斷來控制加熱時間，控制過程簡單易行，但容易引起反饋回路產(chǎn)生振蕩。因此這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(tài)特性要求不高的情況下采用。2.PID控制設(shè)計PID控制算法(常規(guī)PID微分先行PID中間反饋PID等)，對給定值與被控參數(shù)的偏差進行PID運算，輸出控制量來控制加熱回路。3.最小拍控制根

3、據(jù)數(shù)字控制器的離散化設(shè)計方法，設(shè)計最小拍有波紋（或無波紋）數(shù)字控制器來控制加熱回路。4.純滯后控制技術(shù)(1).史密斯預(yù)估控制設(shè)計史密斯預(yù)估器實現(xiàn)對大延遲系統(tǒng)的控制。(2).達林控制算法通過達林算法設(shè)計數(shù)字控制器實現(xiàn)對水溫的控制。三系統(tǒng)設(shè)計1硬件設(shè)計給定值控制系統(tǒng)框圖水溫-控制器電爐驅(qū)動電路溫度傳感器D/AA/D 水溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖 4x4鍵盤AT89C51驅(qū)動電路電爐D/A溫度傳感器A/DLCD1602液晶顯示器水溫控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖單元電路設(shè)計單片機最小系統(tǒng)溫度傳感器信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換電路鍵盤接口電路LCD1602液晶顯示電路驅(qū)動電路串口通信電路2軟件設(shè)計對溫度采

4、樣信號進行數(shù)字濾波，可采用如下幾種方法：限幅濾波法中值濾波法算術(shù)平均值濾波法加權(quán)平均值濾波法滑動平均值濾波法慣性濾波法復(fù)合數(shù)字濾波Y開始系統(tǒng)初始化是否有鍵入?輸入鍵值，程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序選擇控制算法子程序設(shè)定溫度子程序運行子程序通信子程序N主程序流程圖初始化定時時間是否到？水溫檢測子程序輸入處理程序顯示實測水溫控制算法子程序NY輸出處理程序N是否退出？Y關(guān)輸出返回運行子程序流程圖控制算法設(shè)計PID控制算法設(shè)計其控制規(guī)律表達式為：由上式可得PID控制器的傳遞函數(shù)為：對應(yīng)的數(shù)字PID控制算法：位置型PID控制算法：增量型PID控制算法(2).最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計被控對象傳函為。令采樣周期T=1s，則有廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)： 閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則數(shù)字控制器的脈沖傳達函數(shù)為(3).史密斯預(yù)估控制方案設(shè)計根據(jù)史密斯預(yù)估控制的基本思路，史密斯預(yù)估器的傳函為(4).達林算法控制方案設(shè)計設(shè)期望閉環(huán)傳函為，則數(shù)字控制器傳函為四Matlab仿真：被控對象傳函：1.常規(guī)PID控制2.微分先行PID控制3.中間反饋PID控制上述三種PID控制方案中，微分先行PID控制方案的控制效果最好，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)所需時間最短。4.最小拍控制可見系統(tǒng)響應(yīng)會有2s的延遲。5.史