自控原理课程设计-炉温控制系统设计系统.docx

系统设计指标 1、分析各个环节输入输出关系，带入参数，求取传递函数。 2、系统控制要求：要使温度误差小于1%，调节时间小于2秒，最大超调量σ%≤2%。 系统设计要求 1、系统建模。根据系统的原理图绘制系统结构图，推演系统的开环传递函数、闭环传递函数，建立系统的数学模型。 2、系统分析。针对控制系统模型（传递函数），利用时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法等方法判定系统的稳定性，分析系统的动态特性和稳态特性，判断系统性能是否满足性能指标要求，说明系统性能特征。 3、系统设计。选择合理的校正方法（方法不唯一），设计控制器，改善系统的动态特性和稳态特性，计算校正后系统的性能指标。 4、系统验证。利用MATLAB编程语言或Simulink仿真模型对各部分设计结果进行验证，并利用MATLAB或其他仿真工具（EWB、Multisim等）搭建系统的模拟仿真电路，说明设计的有效性。 5、要求设计结构完整，逻辑清晰，语言通顺，计算过程详细，说明书格式规范。 炉温控制系统设计是基于自动控制原理的一门课程设计，旨在训练学生应用理论知识解决实际问题的能力。该系统设计主要包括以下几个核心知识点： 1. **系统建模**：需要理解系统的物理过程，根据炉温控制系统的原理图构建系统结构图。通过对各个环节的输入输出关系分析，可以推导出系统的开环传递函数和闭环传递函数，进而建立数学模型。这一步骤对于后续的系统分析和设计至关重要。 2. **系统分析**：基于得到的传递函数，运用时域分析法考察系统的瞬态响应，如上升时间、调节时间和超调量；通过根轨迹分析法评估系统的稳定性，确定系统闭环根的位置；使用频域分析法则可了解系统的频率响应特性，进一步分析系统的稳态性能。 3. **系统设计**：针对给定的性能指标（温度误差小于1%，调节时间小于2秒，最大超调量σ%≤2%），选择合适的校正方法，如本设计中采用的串联滞后-超前校正。通过调整校正装置的参数，优化系统的动态和稳态特性，确保系统性能满足要求。 4. **系统校正**：串联滞后-超前校正是一种常见的校正策略，它结合了滞后校正的稳定性和超前校正的快速响应特性，以改善系统的稳定性和响应速度。超前校正可以提前抑制系统的振荡，滞后校正则可以增加系统的阻尼，从而达到减小超调和缩短调节时间的目的。 5. **系统验证**：使用MATLAB编程语言或Simulink进行仿真，验证设计的有效性。MATLAB的Simulink工具箱提供了丰富的控制系统设计和分析功能，可以方便地建立系统模型并进行仿真，验证校正后系统的性能指标是否达到预期。 6. **系统仿真与验证**：在MATLAB环境下，通过编写代码或搭建Simulink模型，模拟实际运行情况，观察系统的动态响应。此外，也可以使用其他仿真工具，如EWB或Multisim，构建硬件电路模型进行模拟验证，确保设计的可行性和实用性。 7. **报告撰写**：设计过程需有条理，逻辑清晰，计算步骤详尽，符合技术文档的规范。报告应包含系统设计任务、指标、要求，以及系统工作原理、性能分析、校正装置的效果验证等内容。 这个课程设计涵盖了自动控制原理中的基本概念、系统建模、系统分析与设计、控制器校正以及系统验证等多个方面，旨在让学生通过实践加深对自动控制理论的理解，提高解决实际工程问题的能力。