DOC《温度控制系统设计》

温度控制系统设计 一:设计指标要求 测温电路:测量范围0~150℃,对应电压0~5V 控制性能:控制范围40~100℃、Ts在开环的基础上减少50%、δ> x=[0

70 98

120 257

278 528 560];

y=[330

40 45

50 60

62 58 57];

n=1;

p=polyfit(x, y, n) xi=linspace(0, 1, 600);

z=polyval(p, xi);

xlabel(' x '), ylabel(' y=f(x) '), title(' Second Order Curve Fitting ') pp=polyfit(x, y, 1) plot(x, y, ' o ' , x, y, xi, z, (2)、原系统的测试数据和数学模型: 1.

由实验测得,给定电压3.30V,测100度所对应的温度与时间关系,数据如下: 温度/`C

30 40

50 60

70 80

82 78

76 时间/S

0 106

150 180

210 264

360 470

590 由表格数据可知,最高温度达到82度,590秒后系统趋于76度稳定. 用matlab画出的图形如下: 2. .由实验测得,给定电压2.63V,测75度所对应的温度与时间关系,数据如下: 温度/`C

30 40

45 50

60 62

58 57 时间/S

0 70

98 120

257 278

528 560 由表格数据可知,最高温度达到62度,590秒后系统趋于57度稳定. 用matlab画出的图形如下: 注:烤箱的开环传递函数:G(S)= 66/(418*S+1);

这是在开环系统不加比较器给定电压3.33V下,测试测温电路中由系统最终稳定温度218度和及其所对应的时间1254秒求出来的,即G(S)= k/(T*S+1)中,k=218/3.33=66,T=1254/3=418, 温度测量电路:K=0.0329;

(三)、较正后系统的测试数据和数学模型: 1.由实验测得,给定电压3.30V,测100度所对应的温度与时间关系,数据如下: 温度/`C

30 40

50 60

80 100

120 132

128 118 时间/S

0 30

40 61

90 114

130 180

1247 1800 由表格数据可知,最高温度达到132度,590秒后系统趋于118度稳定.,用matlab画出的图形如下: 2. .由实验测得,给定电压2.63V,测75度所对应的温度与时间关系,数据如下: 温度/`C

30 35

40 50

60 70

84 86

90 86 时间 /S

0 14

22 40

50 75

110 150

1230 1650 由表格数据可知,最高温度达到90度,590秒后系统趋于86度稳定. 用matlab画出的图形如下:

3、校正环节设计过程和结果: 校正添加了如下的PID控制器: 校正传递函数由校正后的输出得C(S)=(10S+1) (10S+1)/10 K=R2/R1=1, T=R2*C2=10S, tao=R1*C1=10, R2=R1=1M 4.原系统仿真图以及输出波形: 5.校正后系统仿真图以及输出波形:

6、未校正系统的MATLAB仿真系统G(S)的BODE图、单位阶跃响应图: 原系统bode: num=[66];

den=[418,1];

w=logspace(-1,1,1000);

bode(num,den,w) 原系统step: a=[418,67];

b=[66];

>> step(b,a) 7.校正后系统C(S)* G(S)的BODE、单位阶跃响应图: 校正后系统bode: num=[6600,1320,66];

den=[418,10];

w=logspace(-1,1,100);

bode(num,den,w) 校正后系统step: a=[7018,1330,66];

b=[6600,1320,66];

>> step(b,a)

8、系统校正前后电路原理图及参数: 9.EWB电路图及仿真结果;

四:课程设计过程中遇到的问题及解决办法: 1: 在给定电压调试过程中发现给定电压很不稳定,最后加上一个电压跟随器. 2:初次理论原理图设计不是怎么全面,需添加些器件实现所需要的功能,但加了多处pcb板子丢失原来的美观性,重新制作了PCB. 3:校正后发现输出来的电压值为负值,不符合自己的原理设计要求,最后另加了一个反相器. 4:在些系统中,EWB软件中没有电铐箱的模型,感觉完全无法仿真系统,只能选择其中的一部分电路功能作仿真即测温电路部分. 5:制作测温电路后,调试时发现不线性,可能输出电压值为负的,不是想像中的值,最后参考老师意见在电桥中的运放的正相端添加一个跟放大倍数差不多的电阻然后另一边接地,自己亲自在EWB上仿真,发现老师是对的. 6:大概的原理设计定下后,开始买材料,发现所需的花费超过老师所限定的金额,只能让店里面的老板写发票,多出的自己付出. 五: 课程设计心得体会: 本课程设计是自动控制原理即线性连续系统的设计,要求我们综合应用控制原理课程所学的理论和已掌握的实验技能,按着给定的性能指标,独立地分析设计并通过实验研究、调试出一个符合性能指标的控制系统.目的是通过该实践环节,使同学们能在各项实验中提高自己的分析问题和解决实际问题的能力,对于巩固和应用所学知识,提高实践能力,把理论和实践很好的结合起来有着重要的意义. 在本次课程设计中,自己根据题目尽自己能力查找相关的资料,以及要用到的各方面的知识,从系统理论设计,原理图完成,再到pcb的制作和电路调试,实验数据和理论数据的比较分析,都倾入精力和时间,结果系统也不是非常的符合性能要求,但值得自豪的是我们自己都真正的动脑筋去,发现解决设计,调试过程中的碰到的问题和困难,而且从实践的亲身体验中,深刻的理解理论和实践的差距,也清析的明白本专业所学的知识有何用,能用在哪,发现所学知识的漏洞的欠缺的同时也为今后的学习指明合理的明确的目标.感受最深的是自己的专业理论基础不是很雄厚更有待于提高和升华,而且明白理论的设计正确了,才能更好的指导实践向正确有方向前进,否则再盲目的制作板子也是无济于事的,做的过程中,就因为原理设计不是很合理,需在原来的PCB添加或删除零件,虽然这样也可以,但不美观,最终还是选择另做一块PCB,希望今后的实践,要尽可能的避免现在出现的低级错误和不当的解决问题的方法和方式.告诉自己学业尚未成功,还须不继努力!课设的合作精神,为今后的工作铺垫,也知道什么是真正的合作精神和独立自主:合作不是依赖,独立不是不合作,两者要充分结合起来才能,凝结成一股强大的力量,所向之处才能战无不克攻无不胜! 在此也同样感谢李老师和赵老师在我们设计的过程中给与的多数的指点,让我们少走了很多弯路,还有跟我们一块儿讨论的其它同学! 参考文献;