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摘耍
温度闭环控制系统仿真
摘要
控制系统主要由控制器和控制对象两部分组成，通过一定的控制方法使系统 达到所要求的控制性能。控制模式有开环控制、闭环控制和复合控制三种。所谓 的开环控制是控制器与控制对象之间只有正向作用，没有反向联系，是一种单向 的控制过程。如果控制器与控制对象之间既有正向作用乂有反向联系，这种控制 方式称为闭环控制或反馈控制。
过程控制的基本算法很多，本实验主要采用PID控制算法。PID控制是最早 发展起来的控制策略之一，由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于 过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。随 着计算机进入控制领域，不仅可以用软件实现PID控制，而且可以利用计算机 的逻辑功能，使PID控制更加灵活。
关键词：PID控制闭环反馈
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TOC o “1-5” h z o “Current Document” 摘要(1)
o “Current Document” 1设计任务和控制要求(3)
o “Current Document” 1.1设计任务(3)
o “Current Document” 1.2控制要求(3)
1.2.1被控对象(3)
1.2.2设计要求(3)
o “Current Document” 2设计方案(3)
o “Current Document” 2.1控制系统组成(3)
o “Current Document” 2.2PID控制器的设计(4)
o “Current Document” 3算法原理(5)
o “Current Document” 3数字PID控制算法(5)
o “Current Document” 4软件仿真(6)
o “Current Document” 5实验结果及分析(7)
5.1实验结果(7)
52结果分析(7)
o “Current Document” 6心得体会(8)
o “Current Document” 参考文献(9)
设计任务和控制要求
1设计任务和控制要求
1.1设计任务
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，需要我们了解微型 计算机控制理论、程序设计和接口技术等方面的基础知识，还需具备一定的生产 工艺知识。设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、系统设计、控制软件的 设计等，以便加深对PID控制算法设计的认识，学会PID控制算法的应用，掌 握计算机控制系统设计的总体思路和方法，做到理论与实践的结合。
1.2控制要求
1. 2.1被控对象
本次设计为软件仿真，通过PID算法控制系统在单位阶跃信号u(t)的激励下产 生的零状态响应。传递函数表达式为：
、〃(z)0.383(1 一 0.386z_1)(l 一 0.586z_1)
° ⑵== (l — zT)(l + 0.593z-i)
1. 2. 2设计要求
要求系统能够快速响应，并且可以迅速达到期望的输出值。
本次设计选用PID控制算法，PID控制器由比例控制单元P、积分控制单元I 和微分控制单元D组成。其输入e(t)与输岀u(t)的关系为
u(t) =
u(t) = Kp
1 广de(t)
e⑴+剂严皿也贡十
式中，Kp为比例系数；7；为积分时间常数；◎为微分时间常数。
2设计方案
2.1控制系统组成
控制系统框图如图1所示。
图1控制系统框图
图1控制系统框图
算法原理
算法原理
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算法原理
算法原理
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设计方案
设计方案
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工作原理：
在图1所示系统中，D(z)为该系统的被控对象，零状态下，输入为单位 阶跃信号R的输出u(t)反馈给输入。在参数给定值R的情况下，给定值R 与反馈值比较得到偏差e(t) = R-u(t),经过PID调节器运算产生相应的控 制星，PID调节器的输出作为被控对象的输入信号，是输入的数值稳定在 给定值Ro
2. 2PID控制器的设计
PDD控制器则由比例、积分、微分三个环节组成。他的数学描述为：
u(t) = K
u(t) = Kp
e(t) + *[f(r)dr +Td 讐
+ Uo
式中，Kp为比例系数；7；为积分时间常数；J为微分时间常数。
下而把PID控制分成三个环节來分别说明：
比例调节(P调节)
u(t) = Kpe(t) + uq
式中冷为比例系数，“0为控制常量，即偏差为零时的控制变量。偏差 e(t)=r(t)-u(t)o偏差一旦产生，比例调节立即产生控制作用，使被控制 的过程变量u向使偏差减小的方向变化。比例调节能使偏差减小，但
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