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首页自控原理课程设计-炉温控制系统设计系统.docx
系统设计指标 1、分析各个环节输入输出关系,带入参数,求取传递函数。 2、系统控制要求:要使温度误差小于1%,调节时间小于2秒,最大超调量σ%≤2%。 系统设计要求 1、系统建模。根据系统的原理图绘制系统结构图,推演系统的开环传递函数、闭环传递函数,建立系统的数学模型。 2、系统分析。针对控制系统模型(传递函数),利用时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法等方法判定系统的稳定性,分析系统的动态特性和稳态特性,判断系统性能是否满足性能指标要求,说明系统性能特征。 3、系统设计。选择合理的校正方法(方法不唯一),设计控制器,改善系统的动态特性和稳态特性,计算校正后系统的性能指标。 4、系统验证。利用MATLAB编程语言或Simulink仿真模型对各部分设计结果进行验证,并利用MATLAB或其他仿真工具(EWB、Multisim等)搭建系统的模拟仿真电路,说明设计的有效性。 5、要求设计结构完整,逻辑清晰,语言通顺,计算过程详细,说明书格式规范。
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炉温控制系统设计系统
I
摘 要
在传统的工业生产过程中,温度控制的方式大多是采用燃烧煤炭等化石燃料来获取
生产过程所需的热能,而这种供热方式很难有效地控制系统温度变化。随着如今化石燃
料价格的上涨与人们对环保意识的增强,传统燃烧加热方式慢慢开始退出工业生产的舞
台,更多的化工加热过程开始采用更有效的电加热方式进行系统温度控制。特别在现代
轧钢炼铁、石油萃取、水泥煅烧等化工生产过程中大多开始采用电加热炉炉温控制方法
来实现产品的量化生产。本设计将根据所学的自动控制原理的知识,采用串联滞后-超前
校正装置进行校正,给出超前校正系统的详细计算方法,并通过 Matlab 仿真软件进行校
验,从而说明校正后的系统具有较好的控制性能,满足设计要求。
关键词:炉温控制系统,串联滞后-超前校正,Matlab 仿真,根轨迹法
自动控制原理课程设计
目 录
炉温控制系统设计系统.................................................................................................I
摘 要...............................................................................................................................I
第 1 章 炉温控制系统概述...........................................................................................3
1.1 系统设计任务.................................................................................................................................3
1.2 系统设计指标.................................................................................................................................4
1.3 系统设计要求.................................................................................................................................4
第 2 章 炉温控制系统工作原理及分析.......................................................................6
2.1 炉温控制系统工作原理及数学模型.............................................................................................6
2.2 炉温控制系统仿真及性能分析.....................................................................................................9
2.2.1
时域性能分析及
MATLAB
仿真
..............................................................................................9
2.2.2
根轨迹仿真及性能分析
.........................................................................................................11
2.2.3
频率特性分析及仿真
............................................................................................................12
第 3 章 加入校正装置后系统性能分析.....................................................................14
3.1 根轨迹法校正步骤.......................................................................................................................14
3.2 基于几何法的根轨迹超前校正设计步骤...................................................................................15
3.3 串联超前校正网络设计...............................................................................................................17
3.4 串联滞后校正网络设计...............................................................................................................19
3.4 校正后系统性能分析及仿真.......................................................................................................20
3.4.1
时域性能分析及仿真验证
....................................................................................................20
3.3.2
根轨迹性能分析及仿真验证
................................................................................................21
3.3.3
频率特性
Matlab
仿真验证
...................................................................................................22
第 4 章 基于 Simulink 进行仿真验证.........................................................................24
结 论.............................................................................................................................26
参考文献......................................................................................................................27
附 录.............................................................................................................................29
自动控制原理课程设计
第 1 章 炉温控制系统概述
1.1 系统设计任务
本设计对一个炉温控制系统进行研究,任务是用热电偶测量温度,与给定
温度进行比较,将偏差信号放大后作为驱动信号,通过电机、减速器调节加热
器上的电压来实现准确的 温度控制。在准确把握研究的方向基础上,始终以系
统的高运行性能为目标,在控制系统的稳定性,快速性,准确性这三者之间的
固有矛盾中寻找最佳的平衡点。通过建立模型,元件确定,参数分析,串联校
自动控制原理课程设计
正四大模块,整合自动控制理论的各个知识点,熟练掌握经典控制理论的设计
方法。
图 1-1 炉温控制系统原理图
根据图 1-1 所示跟踪控制系统的工作原理建立系统数学模型,对该模型各
项性能进行分析,判断系统是否满足性能指标要求,如不满足则采用合适的方
法对该系统进行校正,以满足性能指标要求。
1.2 系统设计指标
1、加热炉传递函数为 ,分析各个环节输入输出关系,带
入参数,求取传递函数。
2、系统控制要求:要使温度误差小于 1%,调节时间小于 2 秒,最大超
调量 σ%≤2%。
1.3 系统设计要求
1、系统建模。根据系统的原理图绘制系统结构图,推演系统的开环传递函
数、闭环传递函数,建立系统的数学模型。
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