对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计

中央民族大学信息工程学院

计算机控制技术综合设计实验报告

学生姓名： 学 号：

指导教师：

实验地点：

实验名称： 加热炉系统温度控制器设计

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目录

一、设计题目及要求....................................................................................................................... 3 二、设计方案与结构图 ................................................................................................................... 3

1、计算机控制系统结构图 ..................................................................................................... 3 2、硬件结构图 ......................................................................................................................... 4 三、电路硬件设计........................................................................................................................... 4

1、电桥电路 ............................................................................................................................. 4 2、放大环节 ............................................................................................................................. 5 3、滤波电路 ............................................................................................................................. 6 4、A/D转换器 ......................................................................................................................... 6 5、D/A 转换电路 .................................................................................................................... 7 四、参数计算及仿真....................................................................................................................... 8

1、??0时数字调节器D（z）的实现 ................................................................................. 8

a、无控制作用下系统伯德图 ......................................................................................... 8 b、最少拍下调节器函数 ................................................................................................. 9 C、最少拍下系统伯德图 ............................................................................................... 11 d、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 12 e、施加阶跃干扰信号 ................................................................................................... 14 f、施加随机信号影响.................................................................................................... 15

2、??T/2?0.374时数字调节器D（z）的实现 .......................................................... 17

a、无控制作用下系统伯德图 ....................................................................................... 17 b、达林算法下调节器函数 ........................................................................................... 19 C、达林算法下系统伯德图（未加增益） ................................................................... 21 d、达林算法下系统伯德图（加增益） ....................................................................... 21 e、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 23 f、施加阶跃干扰信号.................................................................................................... 24 g、施加随机信号影响 ................................................................................................... 25

五、心得与体会 ............................................................................................................................ 26

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一、设计题目及要求

Ke??s1、 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节G(s)?的温度控制系统和给

Ts?1定的系统性能指标：

? 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB

? 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃

2、 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图； 3、 选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图； 4、 用MATLAB和SIMULINK进行仿真分析和验证;

对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C),T=rang(1), 考虑θ=0或T/2两种情况。

C为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912 5、 进行可靠性和抗干扰性的分析。

二、设计方案与结构图

1、计算机控制系统结构图

w(t) + e(t) e(kT) u(kT) u(t) y(t) 数字控制器 保持器 被控过程 - T 其控制过程可描述如下：

1) 只有在采样开关闭合（即采样）的kT时刻，才对系统误差e(t)的瞬时值

进行检测，也就是将整量化了的数字量e(kT)输入给计算机（数字控制器）。这一过程称为实时采集。

2) 计算机对所采集的数据e(kT)进行处理，即依给定的控制规律（数字控制

器）确定该kT采样时刻的数字控制量u(kT)。这一过程称为实时决策。 3) 将kT采样时刻决策给出的数字控制量u(kT)转换为kT时刻生效的模拟控

制量u(t)控制被控对象。这一过程称为实时控制。

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2、硬件结构图

AD 转换 单片机 DA 转换 温 度控制 温度检测 被 控对象 温度输出

信号滤波 信号放大 设计方案：

温度检测环节通过温度传感器实时测量温度并通过差分放大电路放大其信号，之后通过滤波环节除去信号中参杂的高频干扰，利用偏差信号进行控制。之后对信号进行采样，通过AD转换器将模拟信号转换成数字信号送入到单片机中去处理，单片机通过程序输出控制信号，控制信号通过DA转换器转换成模拟信号之后对执行元件进行控制，使被控参数符合系统的要求。

而该系统采用闭环控制，具有自动调节的能力，将温度控制在一定的范围内，由于单片机强大的算术运算和逻辑运算功能，使得高精度高性能的调节方案可以通过软件实现，并且具有良好扩展性(例如功能扩展)，故本系统理论上可以实现良好的控制效果并尽可能地智能化。

三、 电路硬件设计

1、 电桥电路

电桥电路是用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。分直流电桥和交流电桥，交 …… 此处隐藏：2978字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……