某温度控制系统的MATLAB仿真.doc

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1、课程设计报告题目某温度控制系统的MATLAB仿真（题目C）过程控制课程设计任务书题目C：某温度控制系统的MATLAB仿真一、系统概况：设某温度控制系统方块图如图：图中Gc(s)、Gv(s)、Go(s)、Gm(s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；，且电动温度变送器测量范围（量程）为50～100OC、输出信号为4～20mA。Gf(s)为干扰通道的传递函数。二、系统参数二、要求：1、分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标：(1)控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％

2、、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程；(2)控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为TI＝1min、3min、5min、10min时，z(t)的过渡过程；(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD=0.2min时，z(t)的过渡过程。2、对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。3、撰写设计报告。注：调节器比例带δ的说明比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为式中，Kc叫作控制器的比例系数。在过程控制仪

3、表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为式中，(zmax-zmin)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(pmax-pmin)为控制器输出信号的变化范围。这时δ与Kc便互成倒数关系，即：但如果调节器的输入、输出不是相同性质的信号，则系数K≠1，需要根据量程和输出信号范围进行计算。例：某温度系统中，调节器为电动比例调节器，配用的电动变送器测量范围为40～150OC，输出为4～20mA，若选用比例度δ=10%，问该比例调节器的比例系数Kc为多少？解：仿真过程一，控制器为比例控制P对于比例控制器

4、：其传递关系为：控制器的传递函数为：纯比例控制仿真结构图如下：（1）当比例度为δ＝10％即仿真图中Kc为3.2，给定值和阶跃扰动分别设置为80，10则有仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如图：其主要性能指标如下：上升时间tr=2.4min;峰值时间tp=3.2min；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=3；稳态误差=10OC（2）比例度为δ＝20％，将仿真图中Kc参数改为1.6即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：主要性能指标如下：上升时间tr=3min;峰值时间tp=4m

5、in；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=2；稳态误差=5OC（3）比例度为δ＝50％，将图1中K参数改为0.64即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：主要性能指标如下：上升时间tr=4.2min;峰值时间tp=5min；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=1；稳态误差=-5OC（4）比例度为δ＝100％，将图1中K参数改为0.32即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：由图可知比例度度为δ＝100％时，最大值小于80，达不到系统要求的稳定范围（5）比

6、例度为δ＝200％，将图1中K参数改为0.16即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：由图可知比例度度为δ＝200％时，最大值同样小于80，达不到系统要求的稳定范围。二，控制器为比例积分控制PI其传递关系为：控制器的传递函数为：建立比例积分仿真结构图如下：（1）比例度δ＝20％，积分时间为TI＝1min由比例环节可知，比例系数为1.6，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：由于系统为发散型，所以不稳定，各项指标没有意义（2）比例度δ＝20％，积分时间为TI＝3min把仿真图中PI控制器

7、改为，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：主要性能指标如下：上升时间tr=2.7min;峰值时间tp=4.2min；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=2；稳态误差=20OC（3）比例度δ＝20％，积分时间为TI＝5min把仿真图中PI控制器改为，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：主要性能指标如下：上升时间tr=2.7min;峰值时间tp=4.2min；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=2；稳态误差=10OC（4）比例度δ＝20％，积分时间为TI＝10m

8、in把仿真图中PI控制器改为，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：主要性能指标如下：上升时间tr=2.7min;峰值时间tp=4.2min；最大超调量；过渡时间ts=10min;震荡次数N=2；稳态误差=2OC三，控制器为比例积分微分控制PID其传递关系为：控制器地传递函数为：已知要求为比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD=0.2min，所以建立仿真结构图如图：仿真得系