计算机控制技术课程设计报告温度闭环控制系统.doc

计算机控制技术课程设计题目：温度闭环控制系统院 （系）：计算机科学与工程学院专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2016年 1月7日闭环温度控制系统摘要随着近年来中国工业的迅速发展，PID控制理论在工业自动化控制中的应用越来越广泛。工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。本次课程设计就是对温度的闭环模拟控制，符合PID控制的要求。在PID的发展过程衍生了许多改进算法，他们在工业控制中解决了超过90%多的问题，他们是我们学习控制理论的过程中的的必学知识。关键字：PID算法 控制理论 工业自动化控制一、控制对象： 系统温度二、控制要求分析： 设定目标温度，使温度呈单位阶跃形式在目标温度处趋于震荡稳定。使系统能够在任意设定的目标温度下，从现有温度达到目标温度，并趋于稳定状态。三、可行性分析:参考国内外的技术资料，可以通过计算机仿真技术实现该模拟温度闭环控制系统；利用C语言实现基于PID算法的模拟温度闭环控制系统。四、总体设计：1. 系统框图如下所示：其中输入为r(t),输出为y(t)。模拟PID控制原理：在模拟系统中PID算法的表达式为：式中，P(t)为调节器输出信号，e(t)为调节器偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp为调节器的比例系数，1/T1为调节器的积分时间，Td为调节器的微分时间。在计算机控制系统中，必须对上式进行离散化使其成为数字式的差分方程。将积分式和微分项近似用求和及增量式表示。即：将上面两个式子代入第一式，得：由此式可以利用递推求出K-1次的PID输出表达式用K-1次的输出减去第K次的输出得：由此可以编制基于PID算法的C语言程序实现温度闭环控制系统五、可行性分析评价: 从经济角度讲：使用计算机仿真技术即利用C语言实现模拟温度闭环控制系统降低了设计成本，避免了不必要的支出费用；从技术角度讲，利用C语言仿真，是纯粹的软件实现方法，避免了硬件与软件的调试过程，减少了开发人员的工作量。因此该方案是可行的。六、结论： 经过在本次试验中对PID（比例、积分、微分）三个参数进行调整以及查阅网上资料，认识到比例调节规律的作用是,偏差一出现就能及时调节,但调节作用同偏差量是成比例的,调节终了会产生静态偏差.（简称静差） 积分调节规律的作用是,只要有偏差,就有调节作用,直到偏差为零,因此它能消除偏差.但积分作用过强,又会使调节作用过强,引起被调参数超调,甚至产生振荡. 微分调节规律的作用是,根据偏差的变化速度进行调节,因此能提前给出较大的调节作用,大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间.但微分作用过强,又会使调节作用过强,引起系统超调和振荡.这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言,在满足生产要求的情况下,比例作用应强一些,积分作用应强一些,微分作用也应强一些.当同时采用这三种调节规律时,三种调节作用都应适当减弱,且微分时间一般取积分时间的1/41/3。七、实验收获 在本次课程设计中，我对计算机控制系统有了更深的理解和认识；PID算法的精妙令我大为惊叹并给我留下了深刻的印象；我相信在以后的学习中，我会对计算机控制技