【正文】 ce code for building MEXfiles. ?C or C++ source code for bining with other modules to form standalone applications. Standalone applications do not require MATLAB at runtime。 外文文獻(xiàn) Introduction MATLAB is a highlevel technical puting language and interactive environment for algorithm development, data visualization, data analysis, and numeric putation. Using MATLAB, you can solve technical puting problems faster than with traditional programming languages, such as C, C++, and Fortran. You can use MATLAB in a wide range of applications, including signal and image processing, munications, control design, test and measurement, financial modeling and analysis, and putational biology. Addon toolboxes (collections of specialpurpose MATLAB functions, available separately) extend the MATLAB environment to solve particular classes of problems in these application areas. MATLAB provides a number of features for documenting and sharing your work. You can integrate your MATLAB code with other languages and applications, and distribute your MATLAB algorithms and applications. Software Introduction The MATLAB174。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我得到了馬中武老師的悉心指導(dǎo)和幫助。總的說來，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我在各方面都有了很大的進(jìn)步。在這次設(shè)計(jì)過程中，我明顯感覺到自己在許多方面存在不足，譬如，對(duì)Word 的熟練使用，對(duì) MATLAB 軟件的應(yīng)用，對(duì) PID 控制器的認(rèn)識(shí)，電烤爐的了解等等。這些不僅僅鞏固了我以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且使我接觸了許多以前沒接觸過的新知識(shí)，大大地?cái)U(kuò)寬了我的知識(shí)面。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的任務(wù)是完成 PID 溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（ MATLAB）。從拿到設(shè)計(jì)題目到最后成設(shè)計(jì)并定稿，其間經(jīng)歷了翻閱相關(guān)資料、熟 悉基礎(chǔ)知識(shí)、學(xué)習(xí)鞏固 MATLAB 軟件的使用，到開始寫論文以及最后的修改和裝訂成冊(cè)這幾個(gè)階段。中國科技研究院電工研究所 ,2020. [2] 許森 .基于模糊模型參考學(xué)習(xí)控制的焦?fàn)t溫度控制 .化工自動(dòng)化及儀表 [J].2020. [3] 于海先 ,等 .微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,1998. [4] 馮永 .現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [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。第二章簡單介紹了被控對(duì)象和幾種控制方案，在第三章中介紹了 PID 參數(shù)整定的幾種方法，并各舉一例予以說明，主要有 Relay feedback 法，在線調(diào)整法以及系統(tǒng)辨識(shí)法，波得圖法及根軌跡法不做研究以及電烤箱在 MATLAB 中的 PID 控制結(jié)構(gòu)圖以及其仿真結(jié)果，得到在加入干擾信號(hào)后的系統(tǒng)的 PID 能較好的抑制這種干擾，并在干擾過后能很快恢復(fù)到目標(biāo)值。 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(duì)于電烤箱的溫控系統(tǒng)我們選擇 PID 進(jìn)行控制。 總 結(jié) PID 調(diào)節(jié)器從問世至今已歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，在這幾十年中，人們?yōu)樗陌l(fā)展和推廣做出了巨大的努力，使之成為工業(yè)過程控制中主要的和可靠的技術(shù)工具。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(shí)，得到仿 真結(jié)果分別如下： 315 給定值為 100 時(shí)的響應(yīng)曲線 316 給定值為 150 時(shí)的響應(yīng)曲線 圖 315 為給定值為 100 時(shí)的響應(yīng)曲線，圖 316 為給定值為 150 時(shí)的響應(yīng)曲線，由這兩個(gè)圖可以計(jì)算出可見性能指標(biāo)為 : 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts =200s，超調(diào)量σ %約為 10%，穩(wěn)態(tài)誤差 ess = 0。由于本設(shè)計(jì)中 PID 參數(shù)的整定主要是基于系統(tǒng)辨識(shí)及 ZieglerNichols 調(diào)整法則，所以在此不用波德圖法及根軌跡法。 所以 PID 控制器加入系統(tǒng)后往往先根據(jù) ZieglerNichols 第二個(gè)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。 上表 32 解法可有以下 2 種： 解一：如下圖 313 中可先觀察系統(tǒng)特性曲線圖，辨識(shí)出 a 值。 針對(duì)有轉(zhuǎn)移函數(shù)的 PID 調(diào)整方法 系統(tǒng)辨識(shí)法 轉(zhuǎn) 移 函 數(shù)1受 控 系 統(tǒng)P I D 控 制 系 統(tǒng)+輸 出命 令)11( sTsTK DsP ?? 圖 312 由系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)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(shí)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(shí)轉(zhuǎn)移函數(shù)技巧在第三章已敘述過，接下來是要把辨識(shí)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(shí)的經(jīng)驗(yàn)公式 ZieglerNichols 第二個(gè)調(diào)整法求出 PID 值， 如下表 32 所示。 在線調(diào) 整法在計(jì)算機(jī)做仿真 Step 1:以 MATLAB 里的 Simulink 繪出反饋方塊，如下圖 38 所示 圖 38 反饋方塊圖 PID 方塊圖內(nèi)為： 圖 39 PID 方塊圖 Step 2:將 Td 調(diào)為 0， Ti 無限大，讓系統(tǒng)為 P 控制，如下圖 310 所示： 圖 310 PID 方塊圖 Step 3：調(diào)整 KP使系統(tǒng)震蕩，震蕩時(shí)的 KP即為臨界增益 KU，震蕩周期即為 TV。 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Ｋ u。１做模擬），如下圖 35 所示。 表 31 ZieglerNichols 第一個(gè)調(diào)整法則建議 PID 調(diào)整值 Controller pK IT DT P uK PI uK uT PID uK uT uT 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。 轉(zhuǎn) 移 函 數(shù)1受 控 系 統(tǒng)P I D 控 制 系 統(tǒng)+輸 出命 令sTsTK DsP?? 11( 圖 32 由系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)出轉(zhuǎn)移函數(shù) 針對(duì)無轉(zhuǎn)移函數(shù)的 PID 調(diào)整法 在一般實(shí)際系統(tǒng)中，往往因?yàn)檫^程系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)要找出，之后再利用系統(tǒng)仿真找出 PID 值，但是也有不需要找出轉(zhuǎn)移函數(shù)也可調(diào)出 PID 值的方法，以下一一介紹。 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]。 PID 調(diào)整方式 圖 31 PID 調(diào)整方式 PID 調(diào)整方式 有轉(zhuǎn)移函數(shù) 無轉(zhuǎn)移函數(shù) 系統(tǒng)辨識(shí)法 波德圖 根軌跡 Relay feedback 在線調(diào)整 如圖 32 所示 PID 調(diào)整方式分為有轉(zhuǎn)函數(shù)和無轉(zhuǎn)移函數(shù)，一般系統(tǒng)因?yàn)椴恢D(zhuǎn)移函數(shù)，所以調(diào) PID 值都會(huì)從 Relay feedback 和在線調(diào)整去著手。跟軌跡：在 MATLAB 里的 Simulink 繪出反饋方塊圖。 2. 在線調(diào)整：實(shí)際系統(tǒng)中在 PID 控制器輸出電流信號(hào)裝設(shè)電流表，調(diào) P 值觀察電流表是否有一定的周期在動(dòng)作，利用 ZieglerNichols 把 PID 求出來， PID 值求法與Relay feedback 一樣 [9]。故要求在 PID 控制中不僅 PID 參數(shù)的整定不依賴與對(duì)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(shí)控制要求。在實(shí)際應(yīng)用中，許多被控過程機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性、時(shí)變不確定性和純滯后等特點(diǎn)。 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(duì)于電烤箱的溫控系統(tǒng)我們選擇 PID 進(jìn)行控 制。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)數(shù)，從而避免了被控制量的嚴(yán)重的沖過頭。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。 （ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出和輸入誤差訊號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)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。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。 （ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號(hào)成正比關(guān)系。其控制器輸出與輸入誤差訊號(hào)成比例關(guān)系。 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(shí)域中如公式（ 26）和（ 27） ： ???? dtteTidt tdeTdteKptu )(1)()(()( （ 26） )()( sESKSKKsUdip ?????? ??? （ 27） 公式中 U(s)和 E（ s） 分別是 u（ t） 和 e（ t） 的拉氏變換，pdd KKT ? ，ipKKTi? ，其中 pK 、 iK 、 dK 分別控制器的比例、積分、微分系數(shù)。即當(dāng)我們不完全了解系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用 PID 控制技術(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]。 給定輸入階躍信號(hào) 250℃ ，用溫度計(jì)測量電烤箱的溫度，每半分鐘采一次點(diǎn)，實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)如下表 21： 表 21 烤箱模型的溫度數(shù)據(jù) 時(shí)間 t(m) 0 溫度 T(℃ ) 20 31 52 78 104 126 148 168 182 198 210 225 238 250 實(shí)驗(yàn)測得的烤箱溫度數(shù)據(jù) CohnCoon 公式如下： MCK ??? / )( ttT ?? )31( 6 tt ??? (22) △ M系統(tǒng)階躍輸入； △ C系統(tǒng)的輸出響應(yīng) △ C 時(shí)的時(shí)間（分） △ C 時(shí)的時(shí)間（分） 從而求得 K=, T=144s ,τ =30s 所以電烤箱模型為： )(30???seSGs 控制策略 將感測與轉(zhuǎn)換輸出的訊號(hào)與設(shè)定值做比較，用輸出信號(hào)源（ 210V 或 420mA）去控制最終控制組件。 所以， 電烤箱模型的傳遞函數(shù)為 ： 1)( ??? ?TS eKSG s? （ 21） 式（ 21）中 K對(duì)象的靜態(tài)增益 T對(duì)象的時(shí)間常數(shù) τ 對(duì)象的純滯后時(shí)間 目前工程上常用的方法是對(duì)過程對(duì)象施加階躍輸入信號(hào)，測取過程對(duì)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)。然而，對(duì)于二階不振蕩系統(tǒng)，通過參數(shù)辨識(shí)可以降為一階模 型。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對(duì)象各種各樣。設(shè)計(jì)目的是要對(duì) 它的溫度進(jìn)行控制，達(dá)