【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 23 參考文獻 [1] 王中禮，段慧達，高玉峰 . MATLAB 應(yīng)用技術(shù) —— 在電氣工程與自動化專業(yè)中的應(yīng)用 [M]. 北京 :清華大學(xué)出版社， 2021. [2] 謝劍英 ， 賈青 ． 微型計算機控制技術(shù)（ 第三版） [M]． 北京：國防工業(yè)出版社，2021. [3] 胡壽松．自動控制原理 （ 第 四 版 ） [M]．北京 ： 科學(xué)出版社 ， 2021. [4] 涂植英 . 過程控制系統(tǒng) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1983. 。 通過本次設(shè)計，不僅讓我對被控對象數(shù)學(xué)建模、微機控制中 PID 控制策略、系統(tǒng)模型的仿真和組態(tài)環(huán)境下控制策略實現(xiàn)的基本概念、基本方法有了更進一步的認識；還讓我認識到設(shè)計過程中的方案選擇和參數(shù)設(shè)定對整個系統(tǒng)算法的控制的重要作用，一個細小的參數(shù)設(shè)定出現(xiàn)偏差，可能導(dǎo)致最后的性能指標不和標準；更重要的是，讓我認識到無論做任何事都離不開理論與實際的結(jié)合，只有將理論與實踐相結(jié)合，才是做 好事情的最科學(xué)的方法。 在設(shè)計過程中我遇到了許多難以解決的問題，通過去圖書館看書、上網(wǎng)查資料以及請教同學(xué)，努力最終一步 一步得以解決。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 22 第五章 課程設(shè)計心得體會 在這次為期兩周的課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多理論，很多方法，也讓我懂得了很多的道理，這次的課程設(shè)計將對我以后的工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠的影響。曲線 (2)超調(diào)相對大些，遇到干擾后能更快地回復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，恢復(fù)曲線的斜率比曲線 (1)的高，就是說恢復(fù)速度比曲線 (1)快，體現(xiàn)了抗干擾過程 IAE 值最小的目標。由于加入干擾的時間和冷水量都有差異，所 以擾動的時間點不一致，擾動的幅值也不一致，得到的結(jié)果如圖 47 所示。 圖 43 溫控平臺實時溫度控制界面 溫控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 主控制界面 實時曲線 歷史曲線 歷史報表 溫度表設(shè)置 開關(guān)設(shè)置 電壓實時曲線 溫度實時曲線 溫度歷史曲線 電壓歷史曲線 歷史數(shù)據(jù)報表 轉(zhuǎn)換鍵設(shè)置 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 20 然后定義 I/O 點： 圖 44 定義 I/O 點 其中，定義 I/O 連接時，本實驗用的是中泰的板卡， PCI8333 型號，地址選C400~C500 之間，如下圖： 圖 45 定義 I/O 連接 設(shè)置好連接點后，可進入控制策略生成器中，連接好輸入輸出， PID 控制器等，為各個器件匹配好參數(shù)，效果如下圖： 圖 46 生成控制策略 4． 3 運行結(jié)果分析 水壺在飛升曲線法以及多年來的實驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，得到其數(shù)學(xué)模型為： （ 41） 把這個數(shù)學(xué)模型代入建立的繼電反饋實驗，然后進行參數(shù)配置。首先打開力控軟件，新建一個應(yīng)用，如圖 42 所示。 4． 2 力控軟件 在力控組志軟件中進行設(shè)計與開發(fā)一個系統(tǒng)的基本步驟：首先是建立數(shù)據(jù)庫點參數(shù)，對點參數(shù)進行數(shù)據(jù)連接；其次建立窗口監(jiān)控面面，對監(jiān)控畫面里的各種圖元對象建立動畫連接；然后編制腳本程序．進行分析曲線、報警、報表制作便完成了一個簡單的組態(tài)開發(fā)過程。 （ 5）在監(jiān)控溫度變化的過程中，還需要時刻觀察實時溫控曲線、歷史曲線以及數(shù)據(jù)歷史報表。 （ 4）組態(tài)軟件還需要負責(zé)對控制器的參數(shù)整定，以便于提高溫度控制的效率。這些數(shù)據(jù)參數(shù)將會通過組態(tài)軟件的 FO 接口和加熱裝置進行連接，并進行數(shù)據(jù)傳送。 在溫控系統(tǒng)中，組態(tài)軟件的主要任務(wù)包括： （ 1）設(shè)計一個動態(tài)界面，這里會包括各種圖案，比如控制對象、加熱裝置、熱電阻、開關(guān)等等，從而達到一個直觀的效果。下面將就組態(tài)軟件的常規(guī)特點、功能、任務(wù)，以及本課題將要使用的力控組態(tài)軟件為基礎(chǔ)來詳細闡述力控組態(tài)軟件在溫控系統(tǒng)開發(fā)過程中的應(yīng)用。這大大簡化了工作過程中的復(fù)雜性，也 方便工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題。本文設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)只能提供較常規(guī)的開關(guān)量溫度控制系統(tǒng)的基本性能，如能采用可調(diào)參數(shù)自適應(yīng)控制方法，有望進一步提高系統(tǒng)性能。 圖 38 在 matlab 中的 simulink 中建立仿真模型 從帶純滯后補償?shù)臄?shù)字 PID 控制仿真曲線可以看出，其大大抑制了超調(diào)，達到了很好的控制效果。 圖 36 所示為建立好的仿真模型 圖 37 所示為系統(tǒng)仿真結(jié)果 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 17 根據(jù)以上的內(nèi)容得到模塊。其中 Transport Delay 模塊的延遲時間設(shè)置為 35 秒。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 16 仿真模型建立的基本步驟如下：啟動 MATLAB， 在 MATLAB 的命令窗口中輸入 SIMULINK，即打開 SIMULINK 的模塊庫，再在模塊庫中選擇所需要的模塊，如信號源庫中的 STEP 模塊，傳遞函數(shù)模塊，示波器模塊等。 SIMULINK 提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。SIMULINK 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。 MATLAB 是矩陣實驗室的簡稱，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可 視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和SIMULINK 兩大部分。K K K? ??35830() 4 0 1 0 1 sG s es ?? ?35830() 4 0 1 0 1 sG s es ?? ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 14 由于被控對象的傳遞函數(shù)的極點十分靠近原點，使系統(tǒng)的阻尼增大，峰值時間滯后，超調(diào)量減小，由于極點過于小會增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，所以我們決定將其極點要控制器中的零點將其抵消，我們期望的系統(tǒng)的相角裕度為 50 度左右，超調(diào)量控制在 15%左右，調(diào)節(jié)時間定為 300 秒左右，根據(jù)自控知識我們算出控制器的傳遞函數(shù)， 最終的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 0. 00 09() ( 0. 03 )GS ss? ? （ 39） 最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上 圖 34 所示， 最終的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖 35 所示。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，在工程實際中被廣泛采用。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進 行調(diào)整和修改。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類： 一是理論計算整定法。1( 1)() ( 1)cK TsGs s T s ?? ?1118 0 90 90 45cctg T tg T? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 13 圖 33 控制算法推導(dǎo)過程 所以由上面推到可知： （ 38） PID控制系統(tǒng)的整定是指在控制系統(tǒng)中對比例參數(shù) PK ,積分時間常數(shù) IT 以及微分時間常數(shù) DT 這三個參數(shù)的調(diào)整。選擇它作為典型系統(tǒng)不僅是因為其結(jié)構(gòu)簡單，而且對數(shù)幅頻特性的中頻段為 20dB/de