室温PID控制实验系统的研究

论文摘要

近些年,随着暖通空调自控系统在我国的蓬勃发展,采用自动控制的空调、供热系统已经在智能建筑中比比皆是。但是从大多数的实际控制系统来看,运行的效果却不尽如人意。原因主要为:①设计师在进行自控系统设计时通常只能凭借经验进行设计,缺乏相应的辅助设计手段;②控制策略及控制参数的取值合理与否一般只能在系统完工后,根据现场实际运行效果来判断,若不合理只能做局部的调整和修改,难以实现优化控制。本文在经典控制理论指导下,对自控领域控制系统分析设计软件——MATLAB/Simulink在室温控制系统中的应用进行了研究。在研究中以室温PID控制实验柜空调系统为研究对象,首先对系统各被控对象进行特性分析和仿真模型的建立,再运用拉普拉斯变换及Z变换将其转化为传递函数形式(离散部分转化为脉冲传递函数形式),将各环节用传递函数表示后,在MATLAB/Simulink模块下将各环节连接,建立起室温PID控制系统的模型。在此基础上运用MATLAB为其设计PID控制参数并仿真整个控制过程,得到控制系统时域分析下的MATLAB仿真性能。本课题运用扩充临界比例度法整定PID控制参数,得到了一整套PID控制参数及PI控制参数。为考察MATLAB辅助设计下系统的实际控制性能,将整定后的PID控制参数及PI控制参数进行了上机实验,与仿真实验性能进行对比。通过对比实验的考察,证明了运用MATLAB辅助设计的控制系统,取得了很好的控制效果,其设计分析结果有很强的实用性和较高的参考价值。应用MATLAB/Simulink进行的辅助分析和设计具有相当的可信度及指导意义,在实际的工程中可以利用其缩短控制工程前期的验证与设计时间,及早发现问题,并提出合理的控制方案。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的提出
• 1.1.1 控制系统理论发展概述
• 1.1.2 控制系统的计算机辅助设计
• 1.1.3 Matlab/Simulink简介
• 1.2 研究课题的内容与方法
• 1.2.1 本课题的研究内容
• 1.2.2 本课题的研究方法
• 第二章 控制系统的数学模型
• 2.1 控制系统的微分方程
• 2.1.1 拉普拉斯变换法
• 2.1.2 传递函数
• 2.1.3 反馈控制系统的传递函数
• 2.2 离散控制系统的Z变换与脉冲传递函数
• 2.2.1 Z变换与脉冲传递函数
• 2.2.2 闭环系统脉冲传递函数
• 2.3 控制系统的数学模型与模型的相互转换
• 2.3.1 系统的微分方程形式模型
• 2.3.2 系统传递函数形式模型
• 2.3.3 系统结构图描述与连接
• 2.4 控制系统的典型环节及典型输入信号
• 2.4.1 控制系统的典型环节
• 2.4.2 控制系统的典型输入信号
• 第三章 应用MATLAB对温度控制系统的分析
• 3.1 对控制系统的基本要求和性能评价指标
• 3.1.1 对控制系统的基本要求
• 3.1.2 对控制系统的性能评价
• 3.2 控制系统稳态误差的MATLAB分析
• 3.2.1 劳斯-古尔维茨判据
• 3.2.2 控制系统稳态误差计算的MALAB实现
• 3.3 控制系统时域分析的MATLAB实现
• 3.3.1 应用MATLAB进行控制系统的动态性能分析
• 3.4 离散控制系统的分析
• 3.4.1 离散系统的稳定性
• 3.4.2 离散系统的动态性能
• 第四章 应用MATLAB对温度控制系统的设计
• 4.1 被控对象特性
• 4.1.1 小室特性
• 4.1.2 电加热器的特性
• 4.1.3 温度传感器的特性
• 4.1.4 制冷系统蒸发器的特性
• 4.2 PID控制参数整定
• 4.2.1 模拟PID控制规律
• 4.2.2 模拟PID控制器设计
• 4.2.3 利用MATLAB进行系统PID控制器设计
• 4.3 计算机采样PID控制系统的设计
• 4.3.1 数字PID控制算法
• 4.3.2 数字PID控制系统的设计
• 4.3.3 应用MATLAB进行数字PID参数整定设计
• 第五章 室温PID控制系统实验与仿真对比研究
• 5.1 室温PID控制实验系统装置设计
• 5.1.1 实验装置控制系统整体设计
• 5.1.2 室温PID控制实验系统VB主程序设计
• 5.1.3 实验系统特性参数确定
• 5.2 实验系统的计算机辅助设计与分析
• 5.2.1 实验系统的模型
• 5.2.2 系统PID参数的整定
• 5.2.3 实验系统的动态与稳态性能分析
• 5.3 MATLAB模拟与上机实验对比分析
• 5.3.1 PID控制器控制实验
• 5.3.2 PI控制器控制实验
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢