文档介绍：课程设计任务书
学院
信息科学与工程学院
专业
自动化
学生姓名
班级学号
课程设计题目
基于SMITH-PID的电阻炉温度控制系统设计
实践教学要求与任务:
构成电阻炉温度控制系统
SMITH-PID算法设计
理论分析与设计
仿真实验
THFCS-1现场总线控制系统实验
撰写实验报告
工作计划与进度安排:
第1~2天,查阅文献,构成闭环温度控制系统
第3天,SMITH-PID算法设计
第4天,理论分析与设计
第5~6天,仿真实验
第7~9天,THFCS-1现场总线控制系统实验
第10天,撰写实验报告
指导教师:
201 年月日
专业负责人:
201 年月日
学院教学副院长:
201 年月日
目录
摘要 3
第1章课程设计方案 4
概述 4
系统组成总体结构 4
第2章硬件设计 5
5
控制器 5
5
6
6
6
第3章软件设计 8
8
PID算法流程图 9
10
第4章常规PID控制器设计 11
PID概述 11
11
PID调节器参数对系统性能的影响 12
第5章温度控制系统的smith预估控制器设计 14
(smith)预估控制 14
16
第6章 Smith预估补偿控制的Matlab仿真与实验 19
Matlab仿真软件的介绍 19
19
第7章锅炉夹套水温pid控制系统 20
课程设计目的 20
被控对象 20
检测仪表 21
执行机构 21
控制原理框图 22
实验内容与步骤 23
第8章组态软件界面、逻辑、代码 26
MCGS组态软件 26
组态软件设计 28
第9章数据采集硬件系统构件、连线 29
29
29
第10章实验结果曲线及分析 30
总结 32
参考文献 33
摘要
现代工业生产过程中,不少工业对象存在着纯滞后时间。这种纯滞后时间或者是由于物料或能量传输过程中所引起的。或者是由于对象中多容积所引起的,或者是高阶对象低阶近似后所形成的等效滞后。
在纯滞后过程中,由于过程控制通道中存在纯滞后,使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动。因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间,被公认为是较难控制的过程,其难控制程度将随着纯滞后工占整个过程动态时间参数的比例增加而增加。,则称该过程为大滞后过程。此外,大滞后会降低整个控制系统的稳定性。
从自动控制理论可知,对象纯滞后的存在对系统稳定性极为不利。特别是当/T≥(为纯滞后时间,T为对象的时间常数),若采用常规PID控制,很难获得良好的控制质量。对于纯滞后,普通的PID反馈控制系统并不能取得很好的效果,这是因为其控制效果无法通过反馈回路及时反馈,因而使得控制问题复杂化了。在归一化纯滞后时间较大的情况下要保持系统稳定性的唯一方法是缩小增益,然而这样作将会导致系统调节周期T变大,系统响应变慢,从而降低了系统的调节性能。大惯量物体的一个明显特征是惯性滞后。通常在研究数控设备时,忽略其时滞效应。然而,精密定位控制的大惯量物体,其时滞效应是不容忽视的本文采用预估补偿方案,得出适合于数字伺服的控制算法,并与PID算法加以比较。计算机仿真结果表明,对大惯量带有时滞的系统,Smith预估补偿控制方案能得到优良的控制品质,是一种理想的控制方案。Smith预估控制的提出就较好地解决了这个问题,它通过在回路中加入Smith预估器,从而可以在环路中使用较大的增益而不使系统出现不稳定。随着质量分析仪表在线控制的推广应用,克服纯滞后已经成为提高过程控制自动化水平,改进控制质量的一个迫切需要解决的问题。Smith预估控制已经成为克服纯滞后的主要方法之一。
课程设计方案
概述
加热炉是典型的工业过程控制对象,在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性,大惯性,大滞后,时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热,降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温,因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数,应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用史密斯—PID算法进行温度控制来实现温度的较为精确的控制。
在用PID算法进行控制时,需要