温度控制系统设计

1、温度控制系统设计一：设计指标要求测温电路：测量范围0150，对应电压 05V控制性能：控制范围 40100、Ts 在开环的基础上减少 50%、 <10%二：课程设计仪器设备：电烤箱、温度传感器（热敏电阻、铂电阻 Pt1000）直流稳压电源、可控硅单相交流调压模块、示波器、万用表以及自己设计的控制电路和测温电路等。三：设计原理及设计步骤1.原理框图 :给定电位器校正环节可控硅调功电烤箱温度检测2. 原系统特性测试 :(一):测温电路的线性数据 :温度405060708090100110120130140150/C电压1.381.651.892.272.572.963.383.814.24.

2、595.055.62/V用 matlab 画出的图形如下和所需的代码如下 :(注:以下的描点图形码只需要改变 X 和 Y 坐标的值即可 )>> x=0 70 98 120 257 278 528 560; y=330 40 45 50 60 62 58 57;n=1; p=polyfit(x, y, n) xi=linspace(0, 1, 600); z=polyval(p, xi);xlabel(' x '), ylabel(' y=f(x) '), title(' Second Order Curve Fitting ')pp=

3、polyfit(x, y, 1)plot(x, y, ' o ' , x, y, xi, z, ' : ' )(2)、原系统的测试数据和数学模型：1.由实验测得，给定电压 3.30V，测 100 度所对应的温度与时间关系，数据如下：温 度304050607080827876/C时 间0106150180210264360470590/S由表格数据可知 ,最高温度达到 82 度,590 秒后系统趋于 76 度稳定 .用 matlab 画出的图形如下 :2. .由实验测得，给定电压 2.63V，测 75 度所对应的温度与时间关系，数据如下：温 度3040455060

4、625857/C时 间07098120257278528560/S由表格数据可知 ,最高温度达到 62 度,590 秒后系统趋于 57 度稳定 .用 matlab 画出的图形如下 :注：烤箱的开环传递函数： G(S)= 66/(418*S+1)；这是在开环系统不加比较器给定电压 3.33V 下,测试测温电路中由系统最终稳定温度 218 度和及其所对应的时间 1254 秒求出来的 ,即 G(S)= k/(T*S+1) 中,k=218/3.33=66,T=1254/3=418, 温度测量电路： K=0.0329；(三)、较正后系统的测试数据和数学模型：1.由实验测得，给定电压 3.30V，测 10

5、0 度所对应的温度与时间关系，数据如下：温 度3040506080100120132128118/C时 间03040619011413018012471800/S由表格数据可知 ,最高温度达到 132度 ,590 秒后系统趋于 118度稳定.,用 matlab 画出的图形如下 :2. .由实验测得，给定电压 2.63V，测 75 度所对应的温度与时间关系，数据如下：温 度30354050607084869086/C时间0142240507511015012301650/S由表格数据可知 ,最高温度达到 90 度,590 秒后系统趋于 86 度稳定 .用 matlab 画出的图形如下 :3、校正

6、环节设计过程和结果：校正添加了如下的PID 控制器 :校正传递函数由校正后的输出得 C(S)=(10S+1) (10S+1)/10 K=R2/R1=1, T=R2*C2=10S, tao=R1*C1=10, R2=R1=1M4.原系统仿真图以及输出波形:5.校正后系统仿真图以及输出波形:6、未校正系统的 MATLAB 仿真系统 G(S)的 BODE 图、单位阶跃响应图 :原系统 bode:num=66;den=418,1;w=logspace(-1,1,1000);bode(num,den,w)原系统 step:a=418,67;b=66;>> step(b,a)7.校正后系统 C

7、(S)* G(S)的 BODE 、单位阶跃响应图 :校正后系统 bode:num=6600,1320,66;den=418,10;w=logspace(-1,1,100);bode(num,den,w)校正后系统 step:a=7018,1330,66;b=6600,1320,66;>> step(b,a)8、系统校正前后电路原理图及参数：R1 6J1J2R1R2R95 0KR1 7CON2CON2-121 00K12123 0K3 0K1 K4U1 AR6R82D3D1D21PT100 01 KDIODEDIODE3-1 21 2DIODENE55 3 2Rr8R1 05 0K1

8、 K12R1 3R1 51K-121KR1 14U2 BR1 8U2 A1 K6J327R1 4115R1 2321 0K1KNE55 3 2CON21 KNE55 3 2R48R31 KU?A1 K81 23NE55 3 2214J1J2R1R2R9CO N2CO N2121230K30K1KR6R8-1212PT 10001KR101KR13R15-121K1KR114U2 BR181KU2 A627R14R121510K31KNE 55321KNE 5532R48R31KU?A1K8123NE 55322149.EWB 电路图及仿真结果；四:课程设计过程中遇到的问题及解决办法R1650K

9、R17-12100K4U1 A2D3D1D21DIO DEDIO DE3DIO DENE 55328Rr50K12C1C2CAP-12R19CA PPO T24U3 A21R203PO T2NE55328R510K12R41KJ3U2 BR1425711K6CO N2NE 5532R151K:1: 在给定电压调试过程中发现给定电压很不稳定 ,最后加上一个电压跟随器 .2:初次理论原理图设计不是怎么全面 ,需添加些器件实现所需要的功能 ,但加了多处 pcb 板子丢失原来的美观性 ,重新制作了 PCB.3:校正后发现输出来的电压值为负值 ,不符合自己的原理设计要求 , 最后另加了一个反相器 .4:

10、在些系统中 ,EWB 软件中没有电铐箱的模型 ,感觉完全无法仿真系统 ,只能选择其中的一部分电路功能作仿真即测温电路部分 .5:制作测温电路后 ,调试时发现不线性,可能输出电压值为负的,不是想像中的值 ,最后参考老师意见在电桥中的运放的正相端添加一个跟放大倍数差不多的电阻然后另一边接地,自己亲自在EWB 上仿真 ,发现老师是对的 .6:大概的原理设计定下后 ,开始买材料 ,发现所需的花费超过老师所限定的金额 ,只能让店里面的老板写发票 ,多出的自己付出 .五: 课程设计心得体会 :本课程设计是自动控制原理即线性连续系统的设计 ,要求我们综合应用控制原理课程所学的理论和已掌握的实验技能，按着给定

11、的性能指标，独立地分析设计并通过实验研究、调试出一个符合性能指标的控制系统。目的是通过该实践环节，使同学们能在各项实验中提高自己的分析问题和解决实际问题的能力，对于巩固和应用所学知识，提高实践能力，把理论和实践很好的结合起来有着重要的意义。在本次课程设计中 ,自己根据题目尽自己能力查找相关的资料 , 以及要用到的各方面的知识 ,从系统理论设计 , 原理图完成 ,再到 pcb 的制作和电路调试 ,实验数据和理论数据的比较分析 ,都倾入精力和时间 ,结果系统也不是非常的符合性能要求 ,但值得自豪的是我们自己都真正的动脑筋去 ,发现解决设计 ,调试过程中的碰到的问题和困难 ,而且从实践的亲身体验中

12、,深刻的理解理论和实践的差距 ,也清析的明白本专业所学的知识有何用 ,能用在哪 ,发现所学知识的漏洞的欠缺的同时也为今后的学习指明合理的明确的目标 . 感受最深的是自己的专业理论基础不是很雄厚更有待于提高和升华,而且明白理论的设计正确了 ,才能更好的指导实践向正确有方向前进 ,否则再盲目的制作板子也是无济于事的 ,做的过程中 ,就因为原理设计不是很合理 ,需在原来的 PCB 添加或删除零件 ,虽然这样也可以 ,但不美观 ,最终还是选择另做一块 PCB,希望今后的实践 , 要尽可能的避免现在出现的低级错误和不当的解决问题的方法和方式 .告诉自己学业尚未成功 ,还须不继努力 !课设的合作精神 ,为今后的工作铺垫 ,也知道什么是真正的合作精神和独立自主 :合作不是依赖 ,独立不是不合作 ,两者要充分结合起来才能 ,凝结成一股强大的力量 ,所向之处才能战无不克攻无不胜 !在此也同样感谢李老师和赵老师在我们设计的