温度控制器matlab,某温度控制系统的MATLAB仿真.doc
课 程 设 计 报 告
题 目 某温度控制系统的MATLAB仿真 (题目C)
过程控制课程设计任务书
题目C：某温度控制系统的MATLAB仿真
系统概况：
设某温度控制系统方块图如图：
在图中定义了多个传递函数变量：G_c(s)代表调节器传函，G_1(s)至G_4(s)分别对应执行机构传函（\Theta_1）、过程对象传函（\Theta_2）以及温度变送器传函（\Theta_3）。其测量范围设定在50°C至100°C之间，并采用4-20mA电流模拟量输出。而G_f(s)则表示干扰通道的传递函数。
二、系统参数
要求：
1、分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标：
(1)控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程；
该控制器采用比例积分控制方式，在其调节参数δ设定为20%的情况下，在不同积分时间设置下（各设定值分别为TI=1分钟、3分钟、5分钟及10分钟）对系统变量z(t)进行过渡响应过程的分析研究
该控制器采用比例积分微分控制策略，在调节参数中设置有明确的技术指标：其中调节参数中的比例度δ设定为10%，积分时间Ti设定为5分钟；同时微分时间Td设定为0.2分钟时，则可观察到系统的输出变量z(t)的变化过程
2、对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。
3、撰写设计报告。
注：调节器比例带δ的说明
比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为
式中，Kc叫作控制器的比例系数。
在过程控制仪表中，通常采用比例度δ来表征比例控制作用的程度。比例度δ即定义为
在公式中使用时,(zmax-zmin)表示输入调节器的作用域范围,即量程；(pmax-pmin)则代表输出调节器的作用域范围.
这时δ 与Kc 便互成倒数关系，即：
当调节器的输入与输出并非同一类信号时，则调节系数K值与1不符；此时必须依据输入信号的幅值范围以及输出信号的需求来确定合适的调节系数
在某个温度控制系统中，采用电动比例调节器作为调节装置。搭配使用的电动变送器具有测量范围从40到150摄氏度（OC），其电流输出范围是4至20毫安（mA）。若选择的比例度δ设定为10%，那么该系统的比例系数Kc应取何值？
解：
仿真过程
一，控制器为比例控制P
对于比例控制器：
其传递关系为：
控制器的传递函数为：
纯比例控制仿真结构图如下：
(1)当比例度为δ＝10％
即仿真图中Kc为3.2，给定值和阶跃扰动分别设置为80，10
则有仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如图：
其主要性能指标如下：
上升时间tr=2.4min;
峰值时间tp=3.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=3；
稳态误差=10OC
(2)比例度为δ＝20％
请在仿真图中将Kc参数设置为1.6即可；仿真实验显示系统的广义对象输出变量z(t)的过渡过程如以下图形所示。
主要性能指标如下：
上升时间tr=3min;
峰值时间tp=4min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=5OC
(3)比例度为δ＝50％
，将图1中K参数改为0.64即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：
主要性能指标如下：
上升时间tr=4.2min;
峰值时间tp=5min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=1；
稳态误差=-5OC
(4)比例度为δ＝100％
，将图1中K参数改为0.32即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：
由图可知比例度度为δ＝100％时，最大值小于80，达不到系统要求的稳定范围
(5)比例度为δ＝200％
，将图1中K参数改为0.16即可，仿真得系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：
由图可知比例度度为δ＝200％时，最大值同样小于80，达不到系统要求的稳定范围。
二，控制器为比例积分控制PI
其传递关系为：
控制器的传递函数为：
建立比例积分仿真结构图如下：
(1)比例度δ＝20％，积分时间为TI＝1min
从比例环节的分析可知，在系统中设定的比例系数取值为1.6时，通过仿真分析得出系统广义对象输出z(t)的过渡过程的具体表现可以通过以下图形进行详细展示
由于系统为发散型，所以不稳定，各项指标没有意义
(2)比例度δ＝20％，积分时间为TI＝3min
将仿真图中的PI控制器改为后置积分调节器，并对系统广义对象输出z(t)的动态过程进行仿真分析如图所示
主要性能指标如下：
上升时间tr=2.7min;
峰值时间tp=4.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=20OC
(3)比例度δ＝20％，积分时间为TI＝5min
为了实现对系统广义对象输出z(t)的动态响应特性研究与仿真分析的目的，在仿真模型中将PI控制器替代为广义对象控制结构，并通过仿真实验得到了系统的过渡过程
主要性能指标如下：
上升时间tr=2.7min;
峰值时间tp=4.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=10OC
(4) 比例度δ＝20％，积分时间为T