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课程设计任务书.............................................................2 正文：温箱温度控制系统设计.....................................6
一、软件仿真单元...............................................................6 1、设计要求.........................................................................6 2、设计设备.........................................................................6 3、设计原理.........................................................................6 4、设计内容及步骤.............................................................7 1)运用MATLAB对温箱模型进行串联超前校正.............7 2)采用PID结构对温箱模型的建立..................................13 二、硬件设计单元..............................................................22 1、设计要求........................................................................22 2、设计设备........................................................................22 3、设计原理........................................................................22 4、设计内容及步骤............................................................22 5、设计所测数据................................................................23 6、设计分析........................................................................26 三、设计体会......................................................................27 四、参考文献 ....................................................................28
1．课程设计应达到的目的 1、通过温箱温度闭环仿真及实物调试熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析或时域特性分析； 4、掌握频率法校正或根轨迹法校正； 5、能够根据性能指标，设计控制系统，并完成相应实验验证系统的设计和实验操作； 6、学会用MATLAB进行基本仿真。 2．课程设计题目及要求 设计要求 1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。 2．构成开环系统，并分析器动态响应。 3．测出各环节的放大倍数及其时间常数。 4．对系统进行扰动分析。 5．比较开环时和闭环时的动态响应。 6．分析温度闭环无差系统的动态性能，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足σ%≤15%，tp＜135秒，静态误差小于2%。 7. 采用某种校正方式实现系统的稳定控制。 8．对本课程设计提出新设想和新建议。
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3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕 课程设计任务 （1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解温箱温度控制系统的工作原理。 （2）总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。 （3）总体方案的确定 可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。 （4）系统实现 搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据 4．主要参考文献 1、薛定宇.反馈控制系统设计与分析.北京:清华大学出版社,2000. 2、飞思科技产品研发中心.MATLAB 7辅助控制系统设计与仿真.北京:电子工业出版社,2005. 3、胡寿松.自动控制原理.4版.北京:科学技术出版社,2001. 4、白继平，徐德辉. 基于MATLAB下的PID控制仿真【J】.中国航海，2004（4）：77-80. 5、徐亚飞，刘官敏，高国章等.温箱温度PID与预测控制[J].武汉理工大学学报.2004.8(28):554-557.
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5．课程设计进度安排 起 止 日 期 工 作 内 容 6月 5日 6月 6日 6月10日 6月11日 6月12日 认识系统构成和原理分析 数学建模 控制策略研究和仿真 实物接线和调试 撰写设计说明书、设计计算书及资料整理撰写设计说明书、设计计算书及资料整理 6．成绩考核办法 1、考核方法：平时表现，设计成果，答辩表现。 2、成绩评定：平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%。 教研室审查意见： 教研室主任签字： 年 月 日 院（系、部、中心）意见： 主管领导签字： 年 月 日
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温箱温度控制系统的设计
一、软件仿真单元
1、设计要求
1)分别利用频域法和Ziegler-Nichols法对系统调节器加以设计，并整定相关参数 2)对校正前后的系统性能指标以及频域性进行计算和对比，并分析校正结果。 3)要求整定后的系统性能指标满足：错误！未找到引用源。%≤15% ，静态误差小于2%。
≤135s，
2、设计设备
计算机-MATLAB软件 3、设计原理
图1是系统的结构框图，由于调节阀的传递函数可以等效成比例环节，测量变送环节也等效成比例环节，因此系统的传递函数大大简化。
Ug +调节器-调节阀温箱温度Uf测量变送图1 温度控制系统结构框图
由于系统的输入和输出的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃响应曲线相似，所以可以将系统的传递函数模型结构等效成
G(s)= 错误！未找到引用源。/Ts +1
式中：K为放大系数，T为过程时间常数，错误！未找到引用源。为纯滞后时间。
温度系统参数：（本实验取参数值1） 参数 参数意义 参数值1 参数值2 参数值3 参数值4 K 放大系数 4.4 3.5 4 5 T 过程时间常数（S） 340 280 300 360 t 纯滞后时间（S） 20 15 10 25 根据系统等效传递函数，可采用频域法实现，在求解PID参数时，先不考虑延时环节，在初步求的PID参数之后，在考虑延时环节的影响，重新调整PID参数，使得系统的阶跃响应满足错误！未找到引用源。%≤15% ，
≤135s 。
根据系统的开环单位阶跃响应可知系统等效成带有延迟的一阶系统，这个结
论正好与Ziegler－Nichols整定方法相吻合。因此可以采用这个方法实现PID参数的在整定。
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