【正文】 贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目錄摘 要 1Abstract 2第一章 緒論 1 課題意義及來源 1 溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1 1 2 MATLAB簡介 4第二章 被控對象及控制策略 5 5 控制策略 積分、微分 6 P、I、D控制 8第三章 PID最佳調(diào)整法與系統(tǒng)仿真 10 PID參數(shù)整定法概述 10 PID參數(shù)整定方法 10 PID調(diào)整方式 10 11 Relay feedback調(diào)整法 11 Relay feedback 在計(jì)算機(jī)做仿真 12 13 14 針對有轉(zhuǎn)移函數(shù)的PID調(diào)整方法 15 15 17 仿真結(jié)果及分析 17總 結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21致 謝 22河西學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。PID控制是迄今為止最通用的控制方法，大多數(shù)反饋回路用該方法或其較小的變形來控制。任何閉環(huán)的控制系統(tǒng)都有它固有的特性，可以有很多種數(shù)學(xué)形式來描述它，如微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程等。即使在微處理技術(shù)迅速發(fā)展的今天，過程控制中大部分控制規(guī)律都未能離開PID，這充分說明PID控制仍具有很強(qiáng)的生命力。以下為此次課題的主要內(nèi)容：(1) 完成PID控制系統(tǒng)及PID調(diào)節(jié)部分的設(shè)計(jì)其中包含系統(tǒng)辨識、系統(tǒng)特性圖、系統(tǒng)辨識方法的設(shè)計(jì)和選擇。 查找相關(guān)PID控制器的應(yīng)用實(shí)例，尤其是溫度控制器的實(shí)例，以便完成最終的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)。 論文打印以及答辯工作地準(zhǔn)備。 controller。 課題意義及來源在我們的日常生活中也使用微波爐、電烤箱、電熱水器、空調(diào)等家用電器，溫度與我們息息相關(guān)。在關(guān)于溫度控制的絕大部分文獻(xiàn)資料中，控制結(jié)果都是有超調(diào)的，而且很多時候超調(diào)量較大，本論文是基于這一特點(diǎn)，研究一種控制方案，將其用于大部分溫控場合，都能達(dá)到零超調(diào)，且調(diào)節(jié)時間快，穩(wěn)態(tài)誤差也非常小的理想效果。其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已采用集散系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)的形式，大部分配有先進(jìn)的控制算法，能夠獲得較好的工藝性能指標(biāo)?；厥絻x表一般結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，它們的功能僅限于單回路控制且控制精度低。 以上兩個階段，無論是基地式儀表階段，還是單元組合式儀表階段，都是利用各種儀表對溫度進(jìn)行檢測、調(diào)節(jié)、控制。溫度微機(jī)控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)，克服了其調(diào)節(jié)精度差、可靠性不高的缺點(diǎn)。溫度微機(jī)控制系統(tǒng)常用的控制方案有以下三類[35]:經(jīng)典控制方案、基于現(xiàn)代控制理論的設(shè)計(jì)方案和智能控制方案。PID 控制器具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。其目標(biāo)是要設(shè)計(jì)一個數(shù)字控制器使閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到所要求的性能,實(shí)現(xiàn)的方法基本上可以看成是極點(diǎn)配置問題。狀態(tài)空間法本質(zhì)上是一種時域的方法，它不僅描述了系統(tǒng)的外部特性，而且描述和提示了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和性能。此類設(shè)計(jì)方案主要有:系統(tǒng)辨識、最優(yōu)控制、自校正控制等。對于許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨機(jī)干擾因素多而不易獲取對象模型形式的系統(tǒng)，這類方法的使用受到了限制。 智能控制系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)：(l) 智能控制系統(tǒng)一般具有以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過程。這是因?yàn)槿说乃季S具有非線性，作為模仿人的思維進(jìn)行決策的智能控制也具有非線性的特點(diǎn)。 并用MATLAB(Matrix Laboratory)軟件包來對溫控系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行。本論文設(shè)計(jì)中PID參數(shù)整定用到的是Matlab中SIMULINK,它是一個強(qiáng)大的軟件包，在液壓系統(tǒng)仿真中只需要做數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)工作，用SIMULINK對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以預(yù)知效果檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，未涉及人員提供參考[7]?？刂葡到y(tǒng)使被控制對象趨于某種需要的穩(wěn)定狀態(tài)。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣。所以， 電烤箱模型的傳遞函數(shù)為： （21） 式（21）中 K對象的靜態(tài)增益T對象的時間常數(shù)τ對象的純滯后時間目前工程上常用的方法是對過程對象施加階躍輸入信號，測取過程對象的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線確定過程的近似傳遞函數(shù)。PID的問世已有60多年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具[10]。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例積分微分計(jì)算出控制量，控制器輸出和輸入（誤差）之間的關(guān)系在時域中如公式（26）和（27）： （26） （27） 公式中U(s)和E（s）分別是u（t）和e（t）的拉氏變換，其中、分別控制器的比例、積分、微分系數(shù)。 （I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，知道等于零。其原因是由于存在較大慣性組件（環(huán)節(jié)）和有滯后的組件，使力圖克服誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。由于PID 控制器具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中對于電烤箱的溫控系統(tǒng)我們選擇PID進(jìn)行控制。故要求在PID控制中不僅PID參數(shù)的整定不依賴與對象數(shù)學(xué)模型，并且PID參數(shù)能夠在線調(diào)整，以滿足實(shí)時控制要求。跟軌跡：在MATLAB里的Simulink繪出反饋方塊圖。 所以整理出來，調(diào)PID值的方法有在線調(diào)整法、Relay feedback、波德圖法、根軌跡法[11]。表31 ZieglerNichols第一個調(diào)整法則建議PID調(diào)整值ControllerPPIPID Relay feedback 在計(jì)算機(jī)做仿真Step 1:以MATL AB里的Simulink繪出反饋方塊，如下圖34示。圖36 系統(tǒng)震蕩特性曲線　 Step 4:取得Tu及a，帶入公式31，計(jì)算出Ｋu。 針對有轉(zhuǎn)移函數(shù)的PID調(diào)整方法圖312由系統(tǒng)辨識法辨識出轉(zhuǎn)移函數(shù) 系統(tǒng)反饋方塊圖在上述無轉(zhuǎn)移函數(shù)PID調(diào)整法則有在線調(diào)整法與Relay feedback調(diào)整法之外，也可利用系統(tǒng)辨識出的轉(zhuǎn)移函數(shù)在計(jì)算機(jī)仿真求出PID值，至于系統(tǒng)辨識轉(zhuǎn)移函數(shù)技巧在第三章已敘述過，接下來是要把辨識出來的轉(zhuǎn)移函數(shù)用在反饋控制圖，之后應(yīng)用系統(tǒng)辨識的經(jīng)驗(yàn)公式ZieglerNichols第二個調(diào)整法求出PID值， 如下表32所示。 所以PID控制器加入系統(tǒng)后往往先根據(jù)ZieglerNichols第二個調(diào)整法則調(diào)整PID值，然后再微調(diào)PID值至合乎規(guī)格為止。通過不斷調(diào)整PID三參數(shù)，得到最佳仿真曲線，其中KP=3，KI=，KD=0 當(dāng)給定值為100和150時，得到仿真結(jié)果分別如下： 315 給定值為100時的響應(yīng)曲線316 給定值為150時的響應(yīng)曲線圖315為給定值為100時的響應(yīng)曲線，圖316為給定值為150時的響應(yīng)曲線，由這兩個圖可以計(jì)算出可見性能指標(biāo)為: 調(diào)節(jié)時間ts =200s，超調(diào)量σ%約為10%，穩(wěn)態(tài)誤差 ess = 0。由于PID 控制器具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中對于電烤箱的溫控系統(tǒng)我們選擇PID進(jìn)行控制。中國科技研究院電工研究所,2002.[2] [J].2008.[3] 于海先,[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.[4] [M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.[5] Isidro sanchez,Julio Rbanga,Antonio Alonso,temperatuie control in microwave bination ovens[J].Joural of food ,46。 [9]每個階段工作的完成都使我在各個方面受益匪淺。尤其是對于PID控制器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，使我有了更加深入的了解，也使知道了在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建立中借助好的軟件包的重要性及未來的發(fā)展趨勢。特別是將大學(xué)所學(xué)的專業(yè)理論知識運(yùn)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中，讓我對自己的專業(yè)有了更濃厚的興趣，對自己的前途有了更充足的信心和更美好的憧憬。 environment is well suited to rapid prototyping and application development. The interactive programming environment, builtin math functions, toolboxes, editing and debugging tools, and deployment options all contribute to reducing your overall development time. By using the builtin math functions and the many specialized functions contained within our toolboxes, MATLAB can significantly reduce the time it takes you to develop prototypes. In addition to integrated editing and debugging tools, MATLAB provides a performance profiler to help you further optimize your code when programming in MATLAB.Building applications around plex algorithms and graphics is easier than ever with the GUI builder, GUIDE. GUIDE was redesigned in MATLAB 6 to save you time. It offers all the drag and drop interface options you would expect, such as text boxes, radio buttons, check boxes, listboxes, sliders, popup menus, frames and more. When you39。c:addin,addin,39。 MATLAB為提供和分享您的工作提供一定數(shù)量的特點(diǎn)。 通過使用內(nèi)置的數(shù)學(xué)函數(shù)和許多專門職能的工具箱MATLAB的可顯著降低所花費(fèi)的時間來開拓原型。它提供了所有的拖放界面選項(xiàng)，你應(yīng)該預(yù)料到，如文本框，單選按鈕，復(fù)選框，列表框，滑塊，彈出菜單，框架等。它綜合計(jì)算，可視化，并規(guī)劃在一個易于使用的環(huán)境問題和解決辦法是在熟悉的表達(dá)數(shù)學(xué)符號。在單獨(dú)使用時不需要MATLAB的在運(yùn)行時。可利用這些共享文件在沒有MATLAB的用戶系統(tǒng)中使用。介紹mbuildMathWorks公司公用程式，mbuild，您可以自定義的配置和建設(shè)進(jìn)程。通常來說，應(yīng)用軟件一般是由源代碼編譯鏈接而成的靜態(tài)二進(jìn)制可執(zhí)行代碼。COM技術(shù)解決的一個基本問題就是如何設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)使得不同軟件開發(fā)商在不同時間和地點(diǎn)開發(fā)的代碼能夠協(xié)同操作以及共享二進(jìn)制代碼。COM中所提到的二進(jìn)制代碼一般稱作COM對象或者組件對象。COM組件是Windows操作系統(tǒng)的核心技術(shù)。另一種組件則Windows可執(zhí)行文件(.exe文件)。也就是說COM組件的開發(fā)以及使用COM組件的應(yīng)用軟件都不會只是限于某一種編程語言?；贛ATLAB的COM生成器支持多種類型的接口。c:addin,addin,39。4. 撰寫完成開題報告和畢業(yè)論文。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標(biāo)準(zhǔn)10論文篇幅符合學(xué)校文件要求5成果的理論或?qū)嶋H價值成果富有一定的理論深度和實(shí)際運(yùn)用價值5成績評定等級指導(dǎo)教師評審意見： 指導(dǎo)教師簽名：河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯記錄表論文題目PID溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真（MATLAB）學(xué)生姓名姚小龍所屬學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化年級08（1）答辯情況記錄（包括自述、主要問題、回答、專家點(diǎn)評等內(nèi)容）：答辯會議秘書： 年 月 日答辯小組意見：答辯成績主席： 年 月 日學(xué)院答辯委員會意見：答辯委員會主任： 年 月 日