计算机控制技术下温度系统设计：PID算法与MATLAB仿真

本次课程设计主要围绕"计算机控制技术"展开，目标是设计一个温度控制系统，应用于电炉的自动控制。学生需要利用所学的专业知识，如计算机硬件系统、单片机、传感器、PID算法等，针对实际的电炉加热过程进行控制。电炉的被控对象特性为二阶惯性系统，具有20秒的惯性时间常数T1和10秒的滞后时间常数τ，这些参数对系统的动态性能有显著影响。 首先，设计任务包括以下几个关键部分： 1. 硬件系统设计：学生需设计计算机硬件系统，包括可能的硬件组成，如单片机作为核心处理器，温度传感器用于实时监测炉内温度，以及可控硅控制器负责调节电炉电压。设计过程中需要绘制系统框图，展示各个组件之间的交互关系。 2. PID算法编程：学生需要编写程序，实现积分分离PID算法，能够接收来自键盘的Kp（比例系数）、Ti（积分时间）、Td（微分时间）以及β（增益调整参数）输入，并根据这些参数调整控制策略。 3. 系统性能分析：通过Ti的变化，研究其对系统超调量的影响，理解不同积分时间设置如何影响系统的稳定性与响应速度。 4. 设计说明书撰写：整个设计过程的详细步骤和结果需要整理成设计说明书，包括理论分析、硬件设计原理、软件实现过程和仿真结果。 在整个设计过程中，MATLAB软件发挥了重要作用，学生通过离散化处理被控系统，利用Simulink模块进行仿真，观察和分析PID参数对系统动态响应曲线的影响，直观地了解参数选择对控制效果的影响。 此外，还涉及到了A/D（模拟量到数字量）转换和D/A（数字量到模拟量）转换技术，它们确保了模拟信号在计算机和实际物理系统之间的有效传输和处理。 总结来说，这项课程设计不仅锻炼了学生的理论知识应用能力，也提升了他们对控制系统设计的理解和实践操作技能，强化了计算机控制技术在工业生产中的实际应用能力。