基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告

精品文档计算机控制技术课程设计学院： 专业：班级： 学号：姓名： 指导教师： 时间：基于PID算法的温度仿真温度是工业对象中一种重要参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。用微型计算机对炉温进行控制，无论在控制品质，节约能源，还是在改善劳动环境等方面都显示了巨大的优越性。本报告介绍了温度测量及自动控制系统的软件设计。一、课设内容实现用PID闭环控制温度系统的仿真。二、总体方案温度信号经过PID控制算法的处理，输出相应的控制信号。此次课程设计侧重PID温度控制算法的实现。三、控制系统分析：零状态下，输入为单位阶跃信号R的输出ct反馈给输入。在参数给定值R的情况下，给定值R与反馈值比较得到偏差Et=R-ut，经过PID 调节器运算产生相应的控制量，PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在给定值R。通过PID算法控制系统在单位阶跃信号R(t)的激励下产生的零状态响应。传递函数表达式为：D(z)=R(z)C(z)=0.383(1-0.386z-1)(1-0.586z-1)(1-z-1)(1+0.593z-1)经过Z的反变换后得差分方程为：rk=0.383ck-0.366ck-1+0.083ck-2+0.0407rk-1+0.593rk-2四、软件设计PID调节由比例调节、积分调节、微分调节三者组成，是技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式。PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用于控制输出。在实际应用中，根据被控对象的特征和控制要求，可灵活地改变PID的结构，取其中一部分环节构成控制规律，如比例调节、比例积分调节、比例积分微分调节等。PID算法表达式： （1）当采样周期T很小时可以用T近似代替，可用近似代替，“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似离散化后的PID表达式： （2）在该系统中，选用位置型PID进行程序设计，位置型PID输出表达式如下： （3）在进行程序编写时，一般将（3）式作一下改进：根据该表达式，在计算机内进行具体的PID运算，PID程序流程图如图2。图1 PID程序框图PID程序返回输入计算，计算计算计算计算五、运行结果P=1.15 I=0.5 D=0.015:P=1.09 I=0.45 D=0.012:比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以 减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高 无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数I,I越小,积分作用就越强。 反之I大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因 此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。六、实验心得：在这次课程设计中，我完整地经历了一次课题设计的全过程，从系统要求的解读，系统的整体设计，软件的设计。在这些过程中，涉及到到各方面理论知识的应用，相关软件的应用；同时也锻炼了全局性思维。在这次课程设计中有如下收获和体会：理论知识有很大长进。特别是对PID算法有更深刻的理解，进一步理解离散化思想，能理解位置型PID与增量型PID的不同与各自应用的范围，体会整体与局部的兼顾的重要性。