基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真课程设计报告

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1、 1 电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院 课程设计报告课程设计报告 （控制基础） 题题 目：基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真目：基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真 2 摘摘 要要 在许多实际工程中 , 经常遇到一些纯滞后调节系统,往往滞后时间比较长。 对于这样的系统, 人们较为感兴趣的是要求系统没有超调量或很少超调量, 超 调成为主要的设计指标。 尤其是具有滞后的控制系统, 用一般的随动系统设计方 法是不行的, 而且 PID 算法效果往往也欠佳。在温度控制技术领域中, 普遍采 用控制算 PID 法。但是在一些具有纯滞后环节的系统中, PID 控制很难兼顾动、 静两方面的性能, 而且

2、多参数整定也很难实现最佳控制。 IBM 公司的大林于 1968 年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制 对象的控制算法，即大林算法。它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大 林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能， 若采用大 林算法, 可做到无或者小超调,无或小稳态误差，控制效果比较理想。对工程实 际应用具有很大的意义。下面就 PID 设计和大林算法设计比较，发现二者的不同 之处，然后用 Matlab 的 GUI 功能将两者制作成可简单操作的用户图形界面。 关键词：大林算法；PID 控制；GUI 界面；Matlab； 3 目目 录录 第一章 大林算法在炉温控制中的

3、应用 4 1.1 大林算法简介. 4 1.2 大林算法在炉温控制中的设计思路. 4 1.3 大林算法实现炉温控制中的代码算法及波形图. 6 第二章 PID 实现炉温控制的仿真 8 2.1 PID 的原理及介绍 8 2.2 PID 炉温控制算法程序设计 9 第三章 大林算法和 PID 实现炉温控制的 SIMULINK 仿真 12 3.1 大林算法 SIMULINK 仿真结构图及波形 . 12 3.2 PID 的 SIMULINK 仿真 12 3.3 大林算法和 PID 的比较 13 第四章 GUI 图形用户界面编程设计 . 14 4.1 GUI 简介. 14 4.2 GUI 界面的建立. 14

4、4.2.1 编写 pushButton 回调函数 . 17 4.2.2 仿真波形 18 致 谢. 19 参考文献. 20 4 第一章 大林算法在炉温控制中的应用 1.1 大林算法简介 大林算法是由美国IBM公司的大林(Dahllin)于1968年针对工业生产过程中 含纯滞后的控制对象的控制算法。 该算法的设计目标是设计一个合适的数字控制 器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。 大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法， 是一种先设计好闭环系统的 响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性 为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞

5、后时间相同，此算 法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。 1.2 大林算法在炉温控制中的设计思路 已知电阻炉对象数学模型为 1 )( Ts ke sG s 其中，k=12, T=400, 63，电阻炉的温度设定为 1000. 要求： (1)设计大林控制算法； (2)设计 PID 控制器，并与 PID 算法进行比较； (3)改变模型参数，考察模型扰动下系统性能变化情况。 设计思路： 温控炉时间常数 K调节系统总的放大倍数 系统的纯滞后时间, 且 = N T , T 为采样周期 在被控制对象前加一个零阶保持器，将连续系统离散化， 闭环系统的脉冲传递函 数为: 宋体五号，居中， 位于 5 D (

6、z)为温控炉按大林算法得出的数字控制器的数学模型。为了计算机实现比较 方便, 把 D (z)进一步简化为: 6 根据流程图编写程序： 图 11 程序设计流程图 1.3 大林算法实现炉温控制中的代码算法及波形图 实验程序及波形图: r=1000; T=10; sys=tf(12,400 1,inputdelay,60) sys=c2d(sys,T,zoh); num,den=tfdata(sys,v); 宋体五号，居中， 位于 7 Tf=input(仿真时间Tf=); Tm=input(采样周期Tm=); a0=1/12; a1=exp(-Tm/400)/12; b1=exp(-Tm/400); b2=1-exp(-Tm/400); u1=0;u2=0;u3=0;u4=0;u5=0;u6=0;u7=0;e1=0;y=0;y1=0;t=0; for i=1:Tf/Tm e=r-y(end); u=a0*e-a1*e1+b1*u1+b2*u7; for j=1:Tm/T y=y,-den(2)*y1+num