MATLAB与Quanser合作：锅炉恒温PID控制实证研究

本文主要探讨了一种基于Quanser系统的锅炉水温控制系统的设计与实现。该系统的核心是利用MATLAB作为控制软件平台，配合Quanser数据采集卡进行实时的数据交互。电加热锅炉作为被控对象，其工作原理是通过全隔离单项交流调压模块根据采集卡输出的0~10V电压进行功率调节，同时通过热电阻测量水温，并将信号转化为0~5V范围，便于采集。 文章首先介绍了硬件结构，电加热锅炉的温度传感器将水温信号传输到Quanser采集卡，再经计算机处理后发送控制指令。通过模型辨识，研究人员使用Quarc模块连接MATLAB与采集卡，获取并分析温度变化，建立了开环控制模型。图2展示了开环模型，而图3显示了在给定5V电压输出时的水温响应曲线，由于存在温度滞后，需要对数据进行处理，如图4所示。 为了模拟真实的温度控制过程，研究者构建了一个包含两个一阶惯性环节的温度模型（图5），通过试凑法调整参数，最终发现参数值kp=10, ki=0.5, kd=0.001时，模型与实际信号最为接近，见图6的比较图。 接下来，作者进行了PID反馈控制的仿真，通过参数整定优化控制性能，得到的闭环控制模型如图7所示。将这个PID模型与开环模型结合，实现了半实物仿真实验，构建了如图8所示的仿真模型。实际运行的结果，如图9所示，表明在两小时内，锅炉水温能够稳定地保持在50度，实现了恒温控制的目标。 本文通过MATLAB和Quanser系统搭建了一个锅炉水温控制系统，通过参数辨识、模型建立和PID控制，实现了对电加热锅炉的高效、精确温度控制，为工业自动化领域的温度控制提供了实践参考。