(完整版)基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真毕业设计

毕业设计论文

基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真

摘要恒温箱在工业生产和科学研究中有着重要的作用，因此设计一个合适的温度控制系统有着重要的意义，而恒温箱的温度控制系统比较复杂，是一个大时滞、时变、非线性系统，很难用数学方法建立精确的数学模型。

目前主要采用经典控制、智能控制和两种控制算法相结合的控制算法对恒温箱的温度控制系统进行控制。

在本文中选定二阶纯滞后环节为控制对象的数学模型，对其分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法对恒温箱进行控制，并用Matlab对各算法进行仿真比较分析。通过对这几种算法的仿真与研究，发现PID整定好的参数不能长期适应系统模型，需要不断对控制器参数进行整定，才能达到较好的控制效果；模糊控制不依赖于系统的精确模型，是解决不确定性系统的一种有效途径，但控制精度不高，且量化因子和比例因子确定后，其适应能力有限制；而模糊PID控制方法具备了模糊控制和PID控制各自的优点，同时具有很强的鲁棒性和适应能力。

关键词大时滞系统，PID控制，模糊控制，模糊PID控制

ABSTRACT

As thermostat plays an important role in the production and

scientific research, so designing a suitable temperature control system important significance. The thermostat's temperature control system is complex, and is a large time lag, time-varing, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, inligent control and their combined control algorithm are main used for control the temperature control system.

This paper selects second-order lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation comparative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only combines the fuzzy control and

PID control with their respective advantages, but also , PID control, Fuzzy control, Fuzzy PID control

1.绪论........................................ 错误！未定义书签

1.1选题的目的、意义........................................

1.2对本课题涉及问题的研究现状..............................

1.2.1经典控制.............................................................

1.2.2智能控制.............................................................

1.2.3结论.................................................................

1.3主要解决的问题..........................................

2.PID控制及仿真 ..............................................

2.1微分先行PID算法[7] ....................................

2.2参数辨识 ..............................................

2.3PID参数的整定..........................................

2.3.1PID参数的特点........................................................

2.3.2ZN经验公式法.........................................................

2.4PID算法仿真............................................

3.1模糊控制基本原理[11] ...................................

3.1.1模糊控制基本思想.....................................................

3.1.2模糊控制器的基本结构 .................................................

3.1.3模糊控制的特点.......................................................

3.2模糊控制器的设计[12] ...................................

3.3温度模糊控制器的设计...................................

3.3.1控制器结构...........................................................

3.3.2模糊子集的选取.......................................................

3.3.3模糊规则的确定.......................................................

3.3.4模糊推理.............................................................

3.4模糊控制仿真...........................................

3.4.1模糊控制仿真.........................................................

4.模糊PID控制及仿真.........................................

4.1模糊PID控制器结构.....................................

4.2模糊控制器的设计.......................................

4.2.1模糊子集的选取.......................................................

4.2.2模糊规则的建立.......................................................

4.2.3模糊推理及模糊决策 ...................................................

4.3模糊PID控制的仿真..................................... 参考文献..................................................... 答谢...................................................

1.绪论

恒温箱主要用来控制温度，在目前工业生产及科学研究中

有着重要的作用，因此设计一个高精度的恒温箱温度控制系统

有着重要的实际意义和应用价值。为了控制恒温箱的温度，常

采用最早在时滞系统控制中应用的经典控制方法和近年来受到广泛关注的智能控制方法，同时二者相结合的复合控制方法由于具有二者的优点，因此也逐渐受到广泛的应用。本文中主要介绍PID控制算法、模糊控制算法及模糊PID控制算法对恒温箱的温度控制。

1.1选题的目的、意义

恒温箱主要用来控制温度，目前广泛的应用于实验室及科研工厂、企业等，同时它也为农业研究、生物技术测试提供所需要的各种环境模拟条件。因此可以广泛适用于药物、纺织、食品加工等无菌试验、稳定性检查以及工业产品的原料性、产品包装、产品寿命等测试。恒温箱还可供科研机关及医院做细菌培养之用，也可作育种、发酵以及大型养殖孵化等用途[1]。总之，恒温箱在目前工业生产及科学研究中有着重要的作用，因此设计一个高精度的温度控制系统有着重要的实际意义和应用价值。

Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境[2]。它可以实现对众多控制的仿真，而且仿真的效果好，可

以直观的反应控制的效果，因此用Matlab对恒温箱的温度控制系统进行仿真可以检测算法的正确性以及实用性。

1.2对本课题涉及问题的研究现状

为了实现对恒温箱的温度控制,常采用最早在时滞系统控

制中应用的经典控制方法和近年来受到广泛关注的智能控制方法，同时二者相结合的复合控制方法由于具有二者的优点，因此也逐渐受到广泛的应用。

1.2.1经典控制

所谓经典控制方法是指针对时滞系统控制问题提出并应用得最早的控制策略，主要包括PID控制、Smith预估控制、大林算法这几种方法。

PID控制器由于具有算法简单，鲁棒性好和可靠性高等特点，因而在实际控制系统设计中得到了广泛的应用。PID控制的难点在于如何对控制参数进行整定，以求得到最佳控制效果[3]。

然而PID在时滞过程中的应用受到一定的限制,由于PID算法只有在系统模型参数为非时变的情况下,才能获得理想效果。当一个调好参数PID控制器被应用到模型参数时变系统时,系统的性能会变差,甚至不稳定[4]。尤其对于时滞较大,即额定时滞的系统,常规PID控制往往无能为力。但是,可以将它与其他的方法

结合起来改善时滞过程的控制效果,从而可以继续发挥PID控制的优点。许多学者提出了多种模糊PID控制算法,设计了多种模糊PID控制器,如与时间无关的确定性模糊PID控制器,自适应模糊PID控制器,使得控制性能得到了很大的改善。PID控制可以和模糊控制及神经网络结合起来,即基于神经网络的模糊自适应PID控制方法。

Smith预估器是得到广泛应用的时滞系统控制方法，该方法是一个时滞预估补偿算法。它通过估计对象的动态特性,用一个预估模型进行补偿,从而得到一个没有时滞的被调节量反馈到控制器,使得整个系统的控制就如没有时滞环节,减小超调量,提高系统的稳定性并且加速调节过程,提高系统的快速性[5]。

理论上Smith预估器可以完全消除时滞的影响,但是在实际应用中却不尽人意,主要原因在于:Smith预估器需要确知被控对象的精确数学模型,当估计模型和实际对象有误差时,控制品质就会严重恶化,因而影响了Smith预估器在实际应用中的控制性能[6]。于是在Smith预估器的基础上,许多学者提出了扩展型的或者改进型的方案,这些方案包括:多变量Smith预估控制,非线性系统的Smith预估器,改进的Smith预估器,自适应的Smith预估控制器。

大林算法是由美国IBM公司的Dahlin于1968年针对工业过程控制中的纯滞后特性而提出的一种控制算法。该算法的目标是设计一个合适的数字调节器D(z)，使整个系统的闭环传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，而且要求闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间[3]。大林算法方法比较简单，只要能设计出合适的且可以物理实现的数字调节器

D(z)，就能够有效地克服纯滞后的不利影响，因而在工业生产中得到了广泛应用。但它的缺点是设计中存在振铃现象，且与Smith算法一样，需要一个准确的过程数字模型，当模型误差较大时，控制质量将大大恶化，甚至系统会变得不稳定。

1.2.2智能控制

智能控制是一类无需人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制，它包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法等[7]。

模糊控制是智能控制较早的形式，它吸取了人的思维具有模糊性的特点，从广义上讲，模糊逻辑控制指的是应用模糊集合理论，统筹考虑系统的一种控制方式，模糊控制不需要精确的数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径。模糊控制是一种基于专家规则的控制方法。在时滞过程中,模糊控制

一般是针对误差和误差变化率而进行的,将输入量的精确值模糊化,根据输入变量和模糊规则,按照模糊推理合成规则计算控制量,再将它清晰化,得到精确输出控制过程，其中模糊规则是最重要的。但是,模糊控制存在控制精度不高、算法复杂等缺点[8]。因此如果能结合其它的算法来提高它的控制精度,那将是非常有效的，例如模糊Smith控制器、模糊自适应控制器、模糊PID 控制算法等。

神经网络控制是研究和利用人脑的某些结构机理以及人的知识和经验对系统的控制。人们普遍认为，神经网络控制系统的智能性、鲁棒性均较好，能处理高维、非线性、强耦合和不确定性的复杂工业生产工程的控制问题，其显著特点是具有学习能力。神经网络的主要优势在于能够充分逼近任意复杂的非线性系统，且有很强的鲁棒性和容错性。一般来说，神经网络用于控制有两种方法，一种是用来实现建模，一种是直接作为控制器使用。与模糊控制一样，神经网络也存在算法复杂的缺点，同时神经网络学习和训练比较费时，对训练集的要求也很高[8]。

1.2.3结论

经典控制方法由于具有结构简单、可靠性及实用性强等特点，在实际生产过程中得到了广泛的应用。但它们都是基于参数模型的控制方法，因而自适应性和鲁棒性差、对模型精确性要求高、抗干扰能力差。而智能控制是非参数模型的控制方法，因而在鲁棒性、抗干扰能力方面有很大的优势。但智能控制也有其不足之处，即理论性太强，算法过于复杂，大多数方法还仅局限于理论和仿真研究，能在试验装置上和工业生产中应用的并不多。根据这两类控制方法的特点，将它们结合起来进行复合控制是一种有效的时滞系统控制策略，成功的应用有模糊PID控制、模糊Smith控制、神经元Smith预估控制、Smith-NN 预估控制等。这些方法既能利用经典控制方法结构简单、可靠性和实用性强的特点，又能发挥智能控制自适应性和鲁棒性好，抗干扰能力强的优势，弥补了各自的不足，在大时滞控制系统中具有很好的应用前景。

1.3主要解决的问题

在本次设计中，主要是对恒温箱温度控制系统的控制算法进行研究。对恒温箱分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法进行控制，并通过Matlab仿真，得到控制的结果，

然后分别与预期目标进行比较，检验各种算法能否满足要求，同时也对各种算法进行比较，选择较好的控制策略。

对于PID控制算法，主要研究当取不同数学模型时对系统性能的影响；对于模糊控制算法，重点在于模糊控制器的设计、模糊子集的选取、模糊规则的确立以及模糊推理；对于模糊PID 算法，模糊控制器以误差E和误差变化率EC作为输入，控制的关键是找出PID三个参数、和与E和EC之间的模糊关系，在运行中通过不断检测E和EC，再根据模糊控制原理来实现对、和的在线修改，从而满足控制的要求。

2.PID控制及仿真

PID控制器由于具有结构简单，容易实现，控制精度高等优点，广泛应用于工业控制过程中。而工业控制过程本身由于机理复杂，时变，时滞等原因，其精确地数学模型很难得到，一些高阶对象通过降阶，一般用一阶或二阶惯性环节加纯延迟来近似。但是在一个具有纯滞后的系统中，采用常规的PID控制时，存在的主要缺点是动态响应指标较差[9]。系统承受扰动后，往往会出现明显的超调，且调节时间也较长，然而在有些场合，大的超调是不允许的，因此在PID控制的基础上，提出了微分先行PID控制算法。

2.1微分先行PID 算法[10]

微分先行PID 控制的结构图如图1所示，其特点是对输出量进行微分，而对给定值不作微分。这样,在改变给定值时，输出不会改变，而被控量的变化通常是比较缓和的。这种输出量先行微分控制适用于给定值频繁提降的场合，可以避免给定值升降所引起的系统振荡，从而明显地改善系统的动态特性。

图1 微分先行PID 控制结构图

如图所示，微分部分的传递函数为：，则

，

由差分得，

)()1()()()1()(.10k y T

k y k y T k u T k u k u T d d d d d +--=+-- )1(1.0)(1.0)1(1.01.0)(-⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=k y T T T k y T T T T k u T T T k u d d d d d d d d

)1()()1()(321--+-=k y c k y c k u c k u d d

其中，，

2.2参数辨识

本文采用时域测定法确定被控系统的参数，时域测定的主要过程是对被测控制系统或对象在输入端施加阶跃扰动输入信号，而在输出端测绘其输出量随时间变化的响应曲线；或者施

加脉冲输入，测绘输出的脉冲响应，再对响应曲线的结果进行分析，确定被研究对象的传递函数。时域测定法所采用的测试设备简单，测试工作量小，因而应用广泛。

采用时域法确定被测系统或对象的数学模型时，需要在被测对象上人为地施加阶跃输入信号，然后测定被测对象的输出响应曲线，从而求出其传递函数[8]。

在本文中，采用二阶惯性加纯滞后环节近似恒温箱的温度控制系统，即温度控制系统的传递函数为：。

对温度控制系统传递函数的参数进行辨识，得到k=5, =8, 1,

10。则被控系统的传递函数为：1

985)1)18(5)(21010++=++=--s s e s s e s G s s （。 2.3PID 参数的整定

PID 参数的整定，主要是确定、和,对一个结构和控制算式的形式已定的控制系统，控制质量的好坏主要取决于选择的参数是否合理。在本文中采用ZN 经验公式法对PID 控制器的参数进行整定。

2.3.1PID 参数的特点

在PID 控制中、、具有以下特点:

（1)比例增益增大，可以加快响应速度，减小系统稳态误

差，提高控制精度，但是过大会使系统产生超调，甚至导致不稳定；

（2)积分作用主要是消除系统静态误差，加强积分作用，有利于减小系统静差，但是过大，会加大超调，甚至引起振荡；

（3)微分作用可以改善动态性能，增大微分增益，有利于加快系统响应，使系统超调量减小，稳定性增加，但对扰动敏感，抑制外扰能力减弱；若过大，会使调节过程出现超调减速，调节时间增长；反之，若过小，系统响应变慢，稳定性变差。

2.3.2ZN经验公式法

对于一个经典的PID控制器，其传递函数为，对于二阶惯性加纯滞后环节，经验公式为，， [11]。由上述公式可得： =93.75, =10， =2.5。

2.4PID算法仿真

通过上文的分析，确定了系统的参数，在MATLAB环境下，建立Simulink仿真框图，对控制系统进行仿真并检测控制效果。

3.模糊控制及仿真

恒温箱的温度控制系统是一个时滞系统，数学模型很难确立，采用经典控制理论对系统进行控制比较困难。而模糊控制的最大优点就是不依赖于被控对象的精确数学模型，是将人的

控制经验进行总结，借助于模糊数学工具，通过模糊推理来实现对恒温箱的温度控制。模糊控制属于智能控制，适用于非线性、时变、时滞系统，同时模糊控制器结构简单，参数整定方便，因此它成为目前智能控制中一种重要的方式[12]。

3.1模糊控制基本原理[13]

3.1.1模糊控制基本思想

模糊控制的基本思想是把专家对特定的控制对象或控制过程的控制策略总结为以“IF-THEN ”表达式形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制集，作用于被控对象。

3.1.2模糊控制器的基本结构 模糊化模糊推理规则库

清晰化输入输出

图2 模糊控制器基本结构

选择模糊控制器的结构，就是确定模糊控制器的输入变量和输出变量。一般选取误差信号E （或e ）和误差变化信号EC （或ec ）作为模糊控制器的输入变量，而把受控变量的变化y 作为输出变量。通常模糊控制器的基本结构如图2所示：

如图所示，模糊控制器主要由模糊化、知识库、模糊推理、

清晰化四部分组成，各部分的作用概述如下：

1.模糊化

模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊化量。其中输入量包括外界的参考输入、系统的输出或状态等。模糊化的具体过程如下：

（1）首先对这些输入量进行处理，以变成模糊控制器要求的输入量；

（2）将上述已经处理过的输入量进行转换，使其变换到各自的论域范围；

（3）将已经变换到论域范围的输入量进行模糊处理，使原先精确的输入量变成模糊量，并用相应的模糊集合来表示。

2.知识库

知识库中包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常有数据库和模糊控制规则库两部分组成。

（1）数据库主要包括各语言变量的隶属度函数，尺度变换因子及模糊空间的分级数等；

（2）规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。它们反应了控制专家的经验和知识；

3.模糊推理

模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及模糊推理规则来进行的。

4.清晰化

清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量变换为实际用于控制的清晰量。它包含以下两部分内容：

（1）将模糊的控制量经清晰化变换，变成表示在论域范围的清晰量；

（2）将表示在论域范围的清晰量经尺度变换成实际的控制量。

3.1.3模糊控制的特点

模糊控制与经典控制相比，具有以下的优点：

（1）模糊控制不需要精确的数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径。

（2）模糊控制是一种非线性控制，适用于范围很广，适宜于非线性系统的控制。

（3）模糊控制具有较强的鲁棒性，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，可用于有时变、非线性等特性的复杂系统的控制。

（4）模糊控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，由工业过程的定性过程出发，较易建立语言变量控制规则。

（5）模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

同时模糊控制还具有如下的缺陷：

（1）模糊控制对比较复杂的不确定性系统进行控制时往往精度较低，总结控制规则过分依赖现场操作，调试时间长。

（2）模糊控制过多的依赖控制经验，由于没有被控对象的模型，在投入运行之前就很难进行稳定性、鲁棒性等闭环分析。

3.2模糊控制器的设计[14]

模糊控制器是模糊控制系统的核心部分，模糊控制器的设计成功与否直接影响模糊控制系统的性能。因此设计一个合适的模糊控制器对于模糊控制有着重要的作用，模糊控制器的设计如以下步骤:

1.选择合适的模糊控制器结构

选择模糊控制器的结构，就是确定模糊控制器的输入变量和输出变量，一般模糊控制器的输入变量是误差和误差变化率，

(完整版)冰箱温度控制器的设计与研究毕业设计

摘要 电冰箱作为应用较为普及的家用电器，近年来，随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展，电冰箱具有温度模糊控制、智能化霜、故障自诊功能，同时还具有控制精度高、性能可靠、省电等优点，并能达到高质量食品保鲜的目的，是电冰箱发展的主要方向。 电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度，达到食品保鲜的目的。由于冰箱内温度受多种不确定因素影响，如放入冰箱中物品的温度、热容量以及物品的充满率、开门的频繁程度等，冰箱内的温度场的数学模型很难建立，因此无法用传统的控制方法实现精确控制。 本文采用模糊控制技术可以方便地提高控制精度，配以电子温度检测，对压缩机的工作状态进行调节，达到精确控温和节能的目的。通过变频控制可以使冷冻室的温度控制更加合理。当冷冻室需要制冷量比较大的时候，可以通过变频调控，使电机高速转动，就加强压缩机制冷；同理，当冷冻室制冷量比较小时，则使电机转速慢一些。就降低压缩机制冷。通过半导体制冷使冷藏室的温度控制更加精确。在冷藏室需要制冷的时候可以启动半导体制冷，而不用启动压缩机，这样一方面避免了压缩机的频繁开启，另一方面也节约了能量，同时也保证了冷藏室的温度更加准确。 为了提高冰箱的性能，软件上还采取了自学习功能、故障运行自恢复功能、维护自检功能和容错技术等抗干扰设计。该系统具有控制精度高、性能可靠、省电等特点。

关键词：模糊控制论；冰箱；单片处理机；自学习 Abstract In recent years, refrigerator as a widespread family electronics, they orientation of developing refrigerators. The control of the refrigerator aims to keep the food furthest temperature. But there are many factors effect the refrigerator temperature, such as food temperature, thermal capacity, full or not and frequency of opening door. So it's difficult of building the model of the refrigerator. So it can't realize precision control using traditional control method. The Paper improves the control precision utilizing fuzzy control technology. And the frequency conversion designed in order to avoid starting up compressor frequently which makes the electrical machinery work according to requirement. So the refrigeration of compressor will be more effective. Safe adopts the semiconductor and compressor to refrigerate at the same time. In the normal situation the safe refrigerates with refrigeration of the freezer when the freezer needs refrigeration, the system starts the mechanism of compressing. The safe can reach the

基于matlab的自动控制系统的仿真设计

基于matlab的自动控制系统的仿真设计 自动控制系统是现代工业、交通、军事等领域中不可或缺的一部分，它可以通过各种传感器和执行器来实现对系统的控制，从而使得系统能够自动地运行，并且在遇到各种干扰和扰动时能够自动地进行调节和控制。为了更好地研究和设计自动控制系统，我们需要借助于各种软件和工具来进行仿真和设计，其中MATLAB是最为常用的一种 工具。本文将介绍基于MATLAB的自动控制系统的仿真设计。 一、MATLAB的基本介绍 MATLAB是一种数学软件，它可以用来进行各种数学计算、数据 分析和可视化等操作。同时，MATLAB还可以用来进行各种工程和科 学领域的模拟和仿真，包括自动控制系统的仿真设计。MATLAB的优 点在于它具有较好的可扩展性和灵活性，可以通过各种工具箱和插件来扩展其功能。 二、自动控制系统的基本概念 自动控制系统是由各种传感器、执行器和控制器组成的一个系统，它的主要目的是对系统进行控制和调节，使其能够达到所需的状态。自动控制系统一般可以分为开环控制和闭环控制两种类型。开环控制是指控制系统中没有反馈回路的一种控制方式，它主要通过输入信号来控制输出信号。闭环控制是指控制系统中有反馈回路的一种控制方式，它主要通过反馈信号来控制输出信号。闭环控制相比于开环控制具有更好的稳定性和鲁棒性。 三、自动控制系统的仿真设计

自动控制系统的仿真设计是指通过计算机模拟和仿真来对自动控制系统进行设计和优化。MATLAB是一种常用的自动控制系统仿真工具，它可以通过各种工具箱和插件来进行自动控制系统的仿真和设计。下面我们将以一个简单的控制系统为例来介绍自动控制系统的仿真设计。 1.控制系统的建模 在进行自动控制系统的仿真设计前，我们需要先对控制系统进行建模。控制系统的建模一般可以分为两种方式，一种是基于物理模型的建模，另一种是基于数学模型的建模。在本例中，我们将采用基于数学模型的建模方式。假设我们要设计一个简单的温度控制系统，它的控制目标是使得系统的温度保持在一个稳定的水平。我们可以将该系统建模为一个一阶惯性系统，其数学模型可以表示为： $$ G(s)=frac{K}{1+Ts} $$ 其中，$K$为系统的增益，$T$为系统的时间常数，$s$为Laplace 变换中的复变量。通过对系统进行建模，我们可以得到系统的传递函数，从而进行仿真和设计。 2.控制系统的仿真 在进行控制系统的仿真时，我们需要首先确定仿真的目标，例如控制系统的稳态响应、动态响应、鲁棒性等指标。然后，我们可以通过MATLAB中的Simulink工具来构建控制系统的仿真模型，并进行仿

温控系统设计

温控系统设计 摘要：温度是工业控制的主要被控参数之一。可是由于温度自身的一些特点，如惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型等，给控制过程带来了难题。 本文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是当今最通用的控制方法，大多数反馈回路采用该方法来进行控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的设计过程。随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助MATLAB软件，主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过SIMULINK进行系统仿真，观察系统完善后在阶跃信号输入下的输出波形。 关键词： PID控制器；PID参数整定； MATLAB；SIMULINK 第一章引言 1.1 课题背景及意义 在现实的控制系统中，任何闭环的控制系统都有它固有的特性，可以采用很多种数学形式来描述它，比如微分方程、传递函数、方块图、状态空间方程等等。如果对系统不做任何的优化改造，系统很难达到最佳的控制效果，比如快速性要求、稳定性要求及准确性要求等[1]。为了达到最佳的控制效果，我们通常会在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID 参数来改造系统的结构特性，使其达到理想的控制效果。 而在人们的日常生活，工业制造，制冷等领域，温度作为一种环境的重要因素，被人们广泛的作为参数来使用，从来保证各项工作有条不紊的进行，通过温度控制系统我们可以实现对温度的控制与调节，有着重大的应用意义，比如说粮仓的温度控制，恒温箱，火灾报警，冷库温度的调节等等。所以说温度控制系统无论在我们的日常生活，还是工业制造与生产中

(完整版)温度控制系统毕业设计

绪论 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决[1]。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。

1 温度控制及单片机发展历程 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少[2]。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳[3]。

MATLAB温度控制系统课程设计报告 案例范本

MATLAB温度控制系统课程设计报告案例范本 一、课程设计题目 基于MATLAB的温度控制系统设计 二、设计背景 温度控制是工业生产、家庭生活中常见的一种控制过程，其目的是通过控制温度来保持环境的稳定性和舒适性。本次课程设计旨在通过MATLAB软件，设计一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的精确控制。 三、设计目标 1.熟悉PID控制器的基本原理和控制算法； 2.掌握MATLAB软件的基本操作和编程技巧； 3.设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制； 4.学会分析和优化控制系统的性能。 四、设计流程 1.建立模型 根据实际情况，建立温度控制系统的数学模型，可以采用传热学原理，建立温度传递方程，得到系统的状态空间模型。 2.设计控制器 采用PID控制器对温度控制系统进行控制，根据系统的状态空间模型，设计PID控制器的参数，可以采用自整定PID控制器或手动调整PID 控制器的参数。 3.仿真分析

使用MATLAB软件进行系统仿真分析，对控制系统的性能进行评估，包括稳态误差、响应速度、稳定性等指标。 4.优化控制器 根据仿真分析的结果，对控制器进行参数调整和优化，提高系统的控制性能。 5.实际实验 将控制器实现到实际温度控制系统中，进行实际实验，验证控制器的性能和稳定性。 五、设计结果 通过以上流程，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，实现对温度的稳定控制。在仿真分析中，系统的稳态误差小、响应速度快、稳定性好，满足实际控制需求。在实际实验中，控制器的性能和稳定性得到了验证，达到了预期的控制效果。 六、设计总结 本次课程设计通过MATLAB软件，设计出一种基于PID控制的温度控制系统，深入理解了PID控制器的基本原理和控制算法，掌握了MATLAB软件的基本操作和编程技巧。通过仿真分析和实际实验，对控制系统的性能进行了评估和优化，提高了系统的控制性能和稳定性。本次课程设计对于提高学生的实际操作能力和掌握控制理论知识有一定的帮助。

基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文

基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文 摘要： 本论文基于MATLAB控制系统仿真平台，通过对其中一控制系统的仿 真分析，运用MATLAB软件实现了该控制系统的数学建模、系统仿真以及 系统参数优化等功能。首先，介绍了控制系统的基本概念和主要组成部分，并提出了仿真和优化的目标。然后，通过MATLAB软件实现了对该控制系 统的数学建模和仿真，并通过仿真结果验证了系统的控制效果。最后，通 过参数优化方法对系统的控制参数进行了优化，并进一步提高了系统的控 制性能和稳定性。 关键词：MATLAB控制系统；仿真；参数优化 1.引言 控制系统是现代自动化技术中重要的组成部分，广泛应用于各个领域。控制系统的性能和稳定性对于保证系统的正常运行具有重要作用。而仿真 分析和参数优化是提高控制系统性能和稳定性的重要手段。MATLAB是一 种功能强大、灵活性高的工程计算软件，被广泛应用于各个领域的仿真分 析和参数优化。 2.控制系统的数学建模和仿真 控制系统的数学建模是控制系统仿真的基础。通过对控制系统的数学 模型的建立，可以利用MATLAB软件进行系统的仿真分析。本文选择了其 中一控制系统作为研究对象，通过对该系统进行数学建模，得到了控制系 统的状态方程和传递函数。然后，利用MATLAB软件对该控制系统进行了 仿真分析，并得到了系统的时间响应和频率响应等仿真结果。

3.控制系统参数优化 控制系统参数优化是提高系统控制性能和稳定性的关键步骤。本文采用了一种常用的参数优化方法，即遗传算法。通过对遗传算法的原理和步骤进行介绍，对控制系统的控制参数进行了优化。通过MATLAB软件实现了该方法，并得到了最优的系统参数。 4.结果分析与讨论 通过系统的仿真和参数优化，本文得到了一组最优的系统参数，并对比了原始参数和优化参数的仿真结果。仿真结果表明，经过参数优化后，系统的控制性能和稳定性得到了显著改善。 5.结论 本文基于MATLAB控制系统仿真平台，实现了对其中一控制系统的数学建模、系统仿真以及系统参数优化等功能。通过仿真分析和参数优化，提高了系统的控制性能和稳定性。实验结果表明，该方法能够有效改善控制系统的性能，具有良好的应用前景。

控制系统的仿真与实验设计

控制系统的仿真与实验设计控制系统是现代工程中的关键组成部分，它能够实现对各种系统实现准确控制和稳定运行。仿真与实验是控制系统设计的重要环节，通过对系统进行仿真和实验的设计，可以有效验证和验证控制系统的性能和稳定性。本文将探讨控制系统仿真与实验设计的相关内容。 一、控制系统仿真的概念和意义 控制系统仿真是使用计算机来模拟和分析控制系统的行为和特性的过程。仿真可以帮助工程师在实际制造控制系统之前进行虚拟的测试和优化，从而降低实验成本和风险。仿真的结果可以提供对系统性能和稳定性的评估，并为控制系统设计提供重要的参考。 二、控制系统仿真的方法和工具 1. 数学建模：仿真过程中首先需要将控制系统的动态方程以数学模型的形式进行描述和建模。通常使用微分方程、差分方程、传递函数等数学工具来建立系统模型。 2. 仿真软件：控制系统仿真通常使用专业的仿真软件，如MATLAB/Simulink、LabVIEW等。这些软件提供了丰富的控制器和系统模块，可以快速搭建和模拟控制系统，并提供丰富的可视化和数据分析功能。 3. 参数调整和优化：仿真过程中可以通过调整控制系统模型中的参数，来测试不同参数下的系统性能和稳定性。通过优化算法，可以自动搜索最佳参数集合，以实现控制系统性能的最优化。

三、控制系统实验设计的要点和步骤 1. 实验目标和需求：实验设计前需明确实验的目标和需求。例如， 验证控制系统的性能、分析系统的稳定性、测试不同控制算法的效果等。 2. 实验平台的选择：根据实验的目标和需求，选择合适的实验平台。可以使用实际控制设备，也可以使用仿真软件等。 3. 实验方案设计：设计实验的具体方案，包括控制系统的组成、传 感器和执行器的选择、实验参数设置等。此外，还需考虑安全性和稳 定性等因素。 4. 实验数据采集和分析：在进行实验时，需要采集和记录实验数据，例如控制输入、输出响应等。通过数据分析可以评估控制系统的性能 和稳定性，并进行后续优化。 5. 实验结果和总结：根据实验数据的分析结果，对实验结果进行总 结和评估。如果存在问题，应提出改进措施和优化方案，为实际应用 提供参考。 四、控制系统仿真与实验设计的案例 以温度控制系统为例，控制目标是在设定温度下实现温度的稳定控制。通过仿真和实验设计，可以验证和优化温度控制系统的性能。 1. 仿真设计：使用MATLAB/Simulink搭建温度控制系统的模型， 包括传感器、执行器和控制器等组件。通过调整控制器参数，模拟温 度系统的控制特性，并观察系统响应。

恒温箱控制系统设计

一．课程设计内容 运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的恒温箱控制器，对恒温箱的温度进行控制。完成恒温箱温度的检测、控制信号的输出、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，A/D和D/A转换器件可自行确定，利用按键（自行定义）进行温度的设定，同时将当前温度的测量值显示在LED上。 恒温箱控制器要求如下： 1）目标稳定温度范围为100摄氏度——50摄氏度。 2）控制精度为±1度。 3）温度传感器输入量程：30摄氏度——120摄氏度，电流4——20mA。 加热器为交流220V，1000W电炉。 二．课程设计应完成的工作 1）硬件部分包括微处理器（MCU）、D/A转换、输出通道单元、键盘、显示等； 2）软件部分包括键盘扫描、D / A转换、输出控制、显示等； 3）用PROTEUS软件仿真实现； 4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图； 5）撰写设计说明书一份(不少于2000字)，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法，重点阐述系统组成框图、硬件原理设计和软件程序流程图。说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及

硬件电路结构图和软件程序框图等材料。 注：设计说明书题目字体用小三，黑体，正文字体用五号字，宋体，小标题用四号及小四，宋体，并用A4纸打印。 三．课程设计进程安排 四、．设计资料及参考文献 1．王福瑞等．《单片微机测控系统设计大全》．北京航空航天大学出版社，1999 2．《现代测控技术与系统》韩九强清华大学出版社2007.9 3．《智能仪器》程德福，林君主编机械工业出版社2005年2月 4．《测控仪器设计》浦昭邦，王宝光主编机械工业出版社2001 5．Keil C51帮助文档 五．成绩评定综合以下因素： (1) 说明书及设计图纸的质量(占60%)。 (2) 独立工作能力及设计过程的表现(占20%)。

基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计

基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统仿真在工程领域中具有重要的应用价值，可以帮助工程 师更好地理解和设计控制系统。本文将介绍基于MATLAB的自动控制系统 仿真的毕业设计。 首先，我们需要明确自动控制系统仿真的概念。自动控制系统是一种 将感知、决策和执行相结合的控制系统，可以通过传感器感知环境中的信息，通过决策模块进行决策，并通过执行器执行决策。自动控制系统仿真 的目的是通过计算机模拟、分析和验证控制系统的性能和稳定性。 在进行自动控制系统仿真时，MATLAB是一种非常强大的工具。MATLAB拥有丰富的控制系统工具箱，可以用于建立各种控制系统的传递 函数、状态空间模型和频域模型。此外，MATLAB还提供了用于设计各种 控制器的函数和工具。 本毕业设计的目标是通过MATLAB建立一个自动控制系统仿真模型， 并进行性能和稳定性分析。具体来说，可以选择一个已知的控制系统模型，如电机控制系统、水位控制系统等，然后在MATLAB中建立该控制系统的 数学模型。 建立模型之后，可以使用MATLAB提供的控制系统工具箱进行性能和 稳定性分析。可以进行步跃响应、阶跃响应、频率响应等分析，以评估控 制系统的性能。此外，还可以使用MATLAB进行控制器设计和优化，以改 进控制系统的性能。 除了性能和稳定性分析，本毕业设计还可以考虑其他方面的问题。例如，可以通过MATLAB进行故障诊断和故障检测，以提高控制系统的可靠

性。此外，还可以使用MATLAB进行系统优化和参数优化，以实现更好的 控制效果。 在完成自动控制系统仿真后，还可以将仿真结果与实际系统进行对比，以验证仿真的准确性和可靠性。可以将仿真结果与实际系统的实际测量结 果进行比较，以评估仿真模型的准确性和可信度。 总之，基于MATLAB的自动控制系统仿真是一个具有挑战性和实用性 的毕业设计。通过使用MATLAB，可以建立自动控制系统的数学模型，并 进行性能和稳定性分析。此外，还可以进行其他方面的问题研究，如故障 诊断、系统优化等。通过完成这个毕业设计，可以提高对自动控制系统的 理解和应用能力，为工程领域的控制系统设计提供参考和指导。

(完整版)基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真毕业设计

毕业设计论文 基于Matlab的恒温箱温度控制系统设计与仿真

摘要恒温箱在工业生产和科学研究中有着重要的作用，因此设计一个合适的温度控制系统有着重要的意义，而恒温箱的温度控制系统比较复杂，是一个大时滞、时变、非线性系统，很难用数学方法建立精确的数学模型。 目前主要采用经典控制、智能控制和两种控制算法相结合的控制算法对恒温箱的温度控制系统进行控制。 在本文中选定二阶纯滞后环节为控制对象的数学模型，对其分别采用PID控制算法，模糊控制算法和模糊PID算法对恒温箱进行控制，并用Matlab对各算法进行仿真比较分析。通过对这几种算法的仿真与研究，发现PID整定好的参数不能长期适应系统模型，需要不断对控制器参数进行整定，才能达到较好的控制效果；模糊控制不依赖于系统的精确模型，是解决不确定性系统的一种有效途径，但控制精度不高，且量化因子和比例因子确定后，其适应能力有限制；而模糊PID控制方法具备了模糊控制和PID控制各自的优点，同时具有很强的鲁棒性和适应能力。 关键词大时滞系统，PID控制，模糊控制，模糊PID控制 ABSTRACT As thermostat plays an important role in the production and

scientific research, so designing a suitable temperature control system important significance. The thermostat's temperature control system is complex, and is a large time lag, time-varing, nonlinear system, then it is difficult to establish an accurate mathematical model. Currently the classical control, inligent control and their combined control algorithm are main used for control the temperature control system. This paper selects second-order lag model for the control object, and uses PID control algorithm, fuzzy control algorithm and fuzzy PID algorithm to control thermostat and uses Matlab software for the simulation comparative analysis. By studying several simulation we found that PID algorithm arranges the parameter cannot adapt a long time, and it need unceasingly be carried on the adjustment and achieve the anticipated effect. Fuzzy control does not depend on the precise object model and is an effective way to solve the uncertainty. But the control accuracy is not quantifiable factor and scale factor is determined ,its adaptable ability is restricted. As fuzzy PID control algorithm ,it not only combines the fuzzy control and

现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现

现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着现代科技的不断发展，越来越多的技术应用到现代控制系统中，而控制系统的分析与设计更是一项复杂的技术。为了更好地实现现代控制系统的分析与设计，计算机技术尤其是基于Matlab的计算机仿真技术在现代控制系统分析与设计中已发挥着越来越重要的作用。本文旨在介绍基于Matlab的仿真技术，总结它在现代控制系统分析与设计中的应用，为研究者们提供一个思考Matlab技术在现代控制系统分析与设计中的可能性的契机。 Matlab是当今流行的科学计算软件，它的设计特别适合进行矩阵运算和信号处理等工作，可以有效地处理大量复杂的数字信息，因此成为现代计算机技术应用于控制系统分析和设计的重要工具。基于Matlab的仿真技术主要用于建立控制系统的动态模型，分析系统的特性，评估系统的性能，模拟系统的行为，确定系统的参数，优化系统的性能。基于Matlab的仿真技术已被广泛应用于现代控制系统的设计中。 首先，基于Matlab的仿真技术可以有效地提高系统设计的效率。通过实现对控制系统的动态模型建模，可以快速搭建出真实系统的模拟系统，并可以使用计算机来模拟系统行为，可以有效地缩短控制系统设计的周期。 其次，基于Matlab的仿真技术可以有效地改善系统设计质量。通过分析模拟系统的行为，可以寻找更合理的解决方案，从而改善系统设计的质量。

第三，基于Matlab的仿真技术可以有效地确定系统参数。通过在模拟系统中添加不同参数，并通过对系统模拟行为的分析，可以确定使系统更加有效的参数组合。 最后，基于Matlab的仿真技术可以有效地优化系统性能。通过对系统行为的分析，可以识别出系统存在的问题，并设计相应的优化策略，从而实现系统性能的最佳化。 综上所述，基于Matlab的仿真技术在现代控制系统分析与设计中发挥着重要的作用，不仅可以提高系统设计的效率，而且可以改善系统设计的质量，确定系统参数，优化系统性能。基于此，研究者们应该更多地探索基于Matlab的仿真技术，更好地应用于现代控制系统分析与设计中，以获得更好的设计效果。

恒温箱自动控制系统设计报告

恒温箱自动控制系统设计 组员： 院系： 指导教师：

【摘要】 本组设计的恒温箱自动控制系统主要由中央处理器、温度传感器、半导体制冷器、键盘、显示、声光报警等部分组成。处理器采用AVR Mega128单片机，温度传感器采用DS18B20，利用半导体制冷片一面制冷一面发热的工作特性进行升降温，用LCD12864作为显示输出。温度传感器检测到温度数据传送给单片机，单片机再将温度数据与给定值进行比较，从而发出对半导体制冷器的控制信号，使温度维系在给定值附近（偏差小于±2℃），同时单片机将数据送与显示器。 【关键字】 单片机温度传感器半导体制冷器控制 一、设计方案比较 1.1总体设计方案 这里利用DS18B20芯片作为恒温箱的温度检测元件。DS18B20芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从外部的两位十进制拨码键盘进行给定值设定，读入的数据与给定值进行比较，根据偏差的大小，采用闭环控制的方法使控制量更加精准。控制结果通过液晶显示器LCD12864予以显示。 系统整体框图如图一所示： 图一、系统整体框图 1）温度检测元件的选择： 方案一：这里所设计的是测温电路，因此可以采用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，检测并采集出随温度变化而产生的电压或电流，进行A/D转换后送给单片机进行数据处理，从而发出控制信号。此方案需要另外设计A/D转换电路，使得温测电路比较麻烦。 方案二：上网查得温度传感器DS18B20能直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读取方式，它内部有一个结构为8字节的高速暂存RAM存储器。DS18B20芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。与方案一比较更加简单实用，因此我们选择方案二。

基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真

基于Matlab的PID温控系统的设计与仿真 摘要在Matlab6.5环境下,通过Matlab/Simulink提供的模块,对温度控制系统的PID控制器进行设计和仿真。结果表明,基于Matlab的仿真研究,能够直观、简便、快捷地设计出性能优良的交流电弧炉温度系统控制器。 关键词温度系统数学模型;参数整定;传递函数 在钢铁冶炼过程中,越来越多地使用交流电弧炉设备,温控系统的控制性能直接影响到钢铁的质量,所以炉温控制占据重要的位置。PID控制是温控系统中一种典型的控制方式,是在温度控制中应用最广泛、最基本的一种控制方式。随着科学发展,各行各业对温控精度要求越来越高,经典PID控制在某些场合已不能满足要求,因而智能PID控制的引入是精密温控系统的发展趋势。为了改善电弧炉系统恒温控制质量差的现状,研制具有快速相应的、经济性好的、适合国情的恒温控制装置具有十分重要的意义。 1温控系统模型的建立 在Matlab6.5环境下,通过Simulink提供的模块,对电弧炉温控系统的PID控制器进行设计和仿真。由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中。开展数字PID控制的电弧炉控制系统模型使应用于生产实际的系统稳定性和安全性得到迅速改善。 1.1温控系统阶越响应曲线的获得 在高校微机控制技术实验仪器上按以下步骤测得温度系统阶越响应曲线:1)给温度控制系统75%的控制量,即每个控制周期通过 X0=255×75%=191个周波数,温度系统处于开环状态。2)ATMEGA32L内部A/D每隔0.8s采样一次温度传感器输出的电压值,换算成实际温度值,再通过串口通讯将温度值送到电脑上保存。使用通用串口调试助手“大傻串口调试软件-3.0AD”作为上位机接收数据并保存到文件“S曲线采集.txt”中。3)在采集数据过程中,不时的将已经得到的数据通过“MicrosoftExcel”文档画图,查看温度曲线是否已经进入了稳态区;根据若曲线在一个较长时间里基本稳定在一个小范围值内即表明进入稳态区了,此时关闭系统。得到温度系统阶越响应曲线如图1: 图1温度系统阶越响应曲线 1.2温度系统数学模型选择与参数确立 从温度系统阶越响应曲线看,本系统的具有自衡能力,而且存在时延。假设系统对温度控制精度要求为±1℃,根据一般经验对于本系统采用一阶惯性加滞后模型近似。一阶惯性加滞后模型为:

温度控制系统的设计与仿真..

. 远程与继续教育学院 本科毕业论文（设计） 题目：温控系统的设计及仿真(MATLAB) 学习中心： 学号： 姓名： 专业：机械设计制造及自动化 指导教师： 2013 年 2 月 28 日

摘要 温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。 一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。 实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。 本设计以89C51单片机为核心控制器件，以ADC0809作为A/D转换器件，采用闭环直接数字控制算法，通过控制可控硅来控制热电阻，进而控制电炉温度，最终设计了一个满足要求的电阻炉微型计算机温度控制系统。 关键词：1、单片机；2、PLC；3、MATLAB

目录 1单片机在炉温控制系统中的运用 (3) 1、1系统的基本工作原理 (3) 2温控系统控制算法设计 (3) 2.1温度控制算法的比较 (3) 2.2数字PID算法 (6) 3 结论................................................ 错误！未定义书签。致谢 (17) 参考文献 (18)

基于matlab的三容水箱系统的设计与仿真毕业课程设计

课程设计 题目：基于matlab的三容水箱系统的设计与仿真班级：电气5班 姓名：高昂 学号： 指导教师：张小娟 日期：2015年1月11日

课程设计任务书 目录

第一章：前言 (4) 1.1设计背景 (4) 1.2 三容水箱的特点 (4) 1.3设计意义 (5) 第二章：FUZZY PID控制原理 (6) 2.1模糊PID控制介绍 (6) 2.2 PID 控制的优点与不足 (7) 第三章:被控对象的分析与建模 (8) 3.1三容水箱的结构 (8) 3.2三容水箱液位控制系统的工作原理 (9) 3.3数学模型推导 (10) 第四章：MATLABSIMULINK仿真介绍 (11) 4.1软件介绍 (11) 4.2 Simulink特点 (13) 第五章:三容水箱的简单PID控制 (14) 5.1 PID控制器 (14) 5.2 在matlab的simulink仿真 (15) 第六章：总结 (16) 第七章：心得体会 (17) 参考文献

第一章前言 1.1 设计背景 三容水箱为工业过程控制中常见的液位控制对象，此系统装置模拟了工业生产过程中对液位,流量参数的测量和控制，具有控制中动态过程的特点：大惯性，大延时，非线性等。针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一，模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色1.2 三容水箱系统的特点 三容水箱系统是有较强代表性和工业背景的对象，具有非常重要的研究意义 和价值，主要是因为它具有如下特点： (1)通过改变各个阀门的关闭或打开状态可构成灵活多变的对象，如一阶对象、二阶对象或双入多出系统对象等； (2)三容水箱系统是典型的非线性、时延对象，所以可对其进行非线性系统的辨识和控制等的相关研究： (3)三容水箱系统可构造单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等，从而对各种控制系统的研究提供可靠对象； (4)由于对三容水箱系统的控制主要通过计算机来完成，所以，可由计算

基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文

毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究

毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计(论文)题目： 基于MATLAB的控制系统仿真应用研究 II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 原始资料： （1）MATLAB语言。 （2）控制系统基本理论。 设计技术要求： （1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。 （2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。 III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间： 第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。 第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。 第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。 第16～18周：撰写毕业论文，答辩。

Ⅳ、主要参考资料： [1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。 [2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。 [3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。 [4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。 [5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005. 信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）： 填写日期：年月日 指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 信息工程系（室）主任（签名）：

温度控制系统设计毕业设计论文

目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)

第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ，

基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究

基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究 摘要 换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例，热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点，传统的PID控制往往不能满足其静态、动态特性的要求。控制方式的单一性及目前制造工艺的限制，使换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义。 本课题是针对换热器实验设备温度控制的改进提出的。设计中首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。然后根据换热系统组成、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。再根据所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，即带Smith预估补偿的模糊串级控制方案。主回路采用Smith预估补偿的模糊控制算法，副回路采用模糊PID控制算法，并在理论上验证了其可行性。最后用MATLAB7.0/SIMULINK工具箱进行换热器出口温度的控制仿真，并对仿真结果进行分析，说明所设计的控制算法及方案的优越性。 关键词：换热器温度控制；PID控制；模糊控制；仿真

The heat exchanger based on MATLAB simulation of temperature control Abstract Heat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power engineering and other process industries. Commonly used in industrial heat exchanger tube as an example, the hot fluid and cold fluid heat transfer through convection heat transfer to achieve the purpose, so that heat exchanger outlet temperature materials to meet the needs of industrial production. However, as the heat exchange system that has a pure time delay plant, large inertia, the parameters of the nonlinear time-varying characteristics of the traditional PID control often can not meet the static and dynamic characteristics of the request. Control the uniformity and the current manufacturing process of the limit, so that the effect of heat exchanger to control the prevalence of poor, low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control of the effect of heat exchangers to improve heat transfer efficiency and ease the tense situation in our country's energy, with a long-term significance. This issue is heat exchanger for temperature control of laboratory equipment to improve the proposed. first of all , The design stage through the heat exchanger outlet temperature control characteristics of the analysis, which found that the effect of restricting the control to further improve the bottleneck for further improving the control of the effect of heat exchanger provides a theoretical basis. Heat exchange system according to the composition of the characteristics of control flow on the heat exchanger temperature control system mathematical model. Established in accordance with the mathematical model of contact heat exchanger temperature control characteristics of the corresponding control strategy, which Smith estimated compensation with fuzzy cascade control program. Smith estimated the main loop compensation for the use of fuzzy control algorithm, the Vice-loop fuzzy PID control algorithm, and in theory, to verify its feasibility. Toolbox MATLAB7.0/SIMULINK Finally, heat exchanger outlet temperature of the control simulation, and analysis of simulation results