自动控制原理有关的毕业设计

辽宁石油化工大学继续教育学院论文

摘 要

电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。结果表明相比于线性PID，非线性PID具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。

尽管线性理论不仅在理论上完善，在各种国防和工业控制中也已成功地应用，但是随着现代科学技术的发展和现代工业对控制系统性能要求的不断提高，线性反馈控制已经很难满足各种实际需要。大多数控制系统往往是非线性的，采用近似的线性模型虽然可以更全面、更容易地分析系统的各种性能，却很难刻画出系统的非线性本质，所设计的控制器也很难达到系统的性能要求。线性系统的动态特性已不足以解释许多常见的实际非线性现象。早期的非线性系统分析与设计没有自身的理论体系，对非线性系统的处理主要是采用将非线性特性分段线性化，然后使用线性控制理论分析与设计。

关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真

I

辽宁石油化工大学继续

辽宁石油化工大学继续教育学院论文

摘 要

电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。结果表明相比于线性PID，非线性PID具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。

尽管线性理论不仅在理论上完善，在各种国防和工业控制中也已成功地应用，但是随着现代科学技术的发展和现代工业对控制系统性能要求的不断提高，线性反馈控制已经很难满足各种实际需要。大多数控制系统往往是非线性的，采用近似的线性模型虽然可以更全面、更容易地分析系统的各种性能，却很难刻画出系统的非线性本质，所设计的控制器也很难达到系统的性能要求。线性系统的动态特性已不足以解释许多常见的实际非线性现象。早期的非线性系统分析与设计没有自身的理论体系，对非线性系统的处理主要是采用将非线性特性分段线性化，然后使用线性控制理论分析与设计。

关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真

I

辽宁石油化工大学继续

毕业设计（论文）

题目：锅炉汽温的非线性控制系统设计

院系：

专业年级：

学生姓名：学号：

指导教师：

锅炉汽温的非线性控制系统设计

【摘要】

电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点，传统的PID控制很难取得满意的控制品质，本文在线性PID的基础上，引入跟踪微分器及非线性模块，构造出一种新型的非线性PID控制器，进而提出了汽温非线性PID控制方案，对其进行仿真，并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。结果表明相比于线性PID，非线性PID 具有更好地控制品质，并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。

关键词：非线性PID控制器；电厂锅炉主汽温；使用Matlab仿真

锅炉汽温的非线性控制系统设计

目录

第一章引言................................................. - 1 -

1.1选题的背景及意义 (1)

1.2国内外发展水平及面临的问题 (1)

1.3课题研究内容 (2)

第二章非线性PID控制器...................................... - 4 -

2.1非线性理论 (4)

2.1.1非线性控制的经典方法及局限性.............................. - 4 -

2.1.2 非线性

自动控制原理课程设计

本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括：古典自动控制理论（PID）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB仿真。通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。

1 内容

某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q为稳态液体流量(m3/s)，?Qi为液箱A输入水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，

?Q1为液箱A到液箱B流量对稳态值的微小变化(m3/s)，?Q2为液箱B输出水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，h1为液箱A的液位稳态值(m)，?h1为液箱A液面高度对其稳态值的微小变化(m)，h2为液箱B的液位稳态值(m)，?h2为液箱B液面高度对其稳态值的微小变化(m)，R1,R2分别为A，B两液槽的出水管液阻

(m/(m3/s))。设u为调节阀开度(m2)。

已知液箱A液位不可直接测量但可观，液箱B液位可直接测量。

Qi+△Qih10+△h1AQ10+△Q1h20+△h2BQ20+△Q2

图1 某生产过程示意图

要求

1. 建立上述系统的数学模型；

2. 对模型特性进行分析，时域指标计算，绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线 3

自动控制原理 课程设计报告

一．设计内容

某单位反馈系统的开环传递函数可以写为：

G(s)?K

s(s?1)(s?2)试确定系统的开环增益K，并分析系统的性能，要求：系统闭环极点中有一对共轭复数极点；系统阻尼比??0.5。 设计步骤：

1.用Matlab绘制此三阶系统的精确根轨迹图,并与概略根轨迹图比较 2.利用根轨迹图与??arccos?线的交点确定共轭复极点； 3.确定第三个闭环极点及开环增益K；

4.参照教材第四章，表4-4“性能指标估算公式表”计算系统的调节时间ts和超调量?%；

5.用Matlab画出此三阶系统的单位阶跃响应曲线以验证第4步计算的

ts和?%指标；

6.根据主导极点法，可以将此三阶系统在当前K值下降阶为二阶系统。试推导此二阶系统的传递函数，绘制其单位阶跃响应曲线，计算

ts和?% ；将响应曲线与性能指标同原三阶系统相比较；

7.完成上述设计过程之后，将设计结果整理成设计报告，要求有轨迹曲线和响应曲线、计算结果、Matlab程序及相关的分析对比，并在报告中谈谈你对根轨迹法用于控制系统分析与设计的认识与感想。

二．设计过程

1.用Matlab绘制此三阶系统的精确根轨迹图，过程如下： num=1;

>> den=conv([

自动控制原理 课程设计报告

一．设计内容

某单位反馈系统的开环传递函数可以写为：

G(s)?K

s(s?1)(s?2)试确定系统的开环增益K，并分析系统的性能，要求：系统闭环极点中有一对共轭复数极点；系统阻尼比??0.5。 设计步骤：

1.用Matlab绘制此三阶系统的精确根轨迹图,并与概略根轨迹图比较 2.利用根轨迹图与??arccos?线的交点确定共轭复极点； 3.确定第三个闭环极点及开环增益K；

4.参照教材第四章，表4-4“性能指标估算公式表”计算系统的调节时间ts和超调量?%；

5.用Matlab画出此三阶系统的单位阶跃响应曲线以验证第4步计算的

ts和?%指标；

6.根据主导极点法，可以将此三阶系统在当前K值下降阶为二阶系统。试推导此二阶系统的传递函数，绘制其单位阶跃响应曲线，计算

ts和?% ；将响应曲线与性能指标同原三阶系统相比较；

7.完成上述设计过程之后，将设计结果整理成设计报告，要求有轨迹曲线和响应曲线、计算结果、Matlab程序及相关的分析对比，并在报告中谈谈你对根轨迹法用于控制系统分析与设计的认识与感想。

二．设计过程

1.用Matlab绘制此三阶系统的精确根轨迹图，过程如下： num=1;

>> den=conv([

河南理工大学万方科技学院毕业设计

本 科 毕 业 设 计（论文）

题目 基于51单片机的温度自动控制

系统设计研究

院（系部） 电气与自动化工程系 专业名称 通信工程 年级班级 09-2通信 学生姓名 指导教师

2013年05月10日

I

河南理工大学万方科技学院毕业设计

摘 要

基于单片机的温度控制器，采用DS18B20温度传感器采集所要测量的当前环境的温度，通过单片机进行处理并加以显示。单片机采用的是AT89S52系列单片机。温度传感器DS18B20具有12位精度，可较为精确的测量当前环境的温度。

该温度控制器具有设定温度上、下限的功能，通过控制继电器控制外部降温、加热装置，从而实现环境温度处于设定温度上、下限范围内。

该温度控制器的显示部分采用LED数码管显示，具有显示当先温度、温度上、下限值的功能。按键部分采用四个按键，每个按键的功能不同，通过按键的配合使用，可以实现切换LED数码管显示，调节温度上下限的功能。

该系统结构简单，精度高、量程宽、灵敏度高

河南理工大学万方科技学院毕业设计

本 科 毕 业 设 计（论文）

题目 基于51单片机的温度自动控制

系统设计研究

院（系部） 电气与自动化工程系 专业名称 通信工程 年级班级 09-2通信 学生姓名 指导教师

2013年05月10日

I

河南理工大学万方科技学院毕业设计

摘 要

基于单片机的温度控制器，采用DS18B20温度传感器采集所要测量的当前环境的温度，通过单片机进行处理并加以显示。单片机采用的是AT89S52系列单片机。温度传感器DS18B20具有12位精度，可较为精确的测量当前环境的温度。

该温度控制器具有设定温度上、下限的功能，通过控制继电器控制外部降温、加热装置，从而实现环境温度处于设定温度上、下限范围内。

该温度控制器的显示部分采用LED数码管显示，具有显示当先温度、温度上、下限值的功能。按键部分采用四个按键，每个按键的功能不同，通过按键的配合使用，可以实现切换LED数码管显示，调节温度上下限的功能。

该系统结构简单，精度高、量程宽、灵敏度高

第一章第二章

一、单项选择题

1、适合应用传递函数描述的系统是 ( ) 。 （分数：1分） A. 单输入，单输出的线性定常系统 B. 单输入，单输出的线性时变系统 C. 单输入，单输出的定常系统 D. 非线性系统

正确答案：A

2、

采用负反馈形式连接后，则 ( )。

（分数：1分）

A. 一定能使闭环系统稳定 B. 系统动态性能一定会提高

C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除 D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能

正确答案：D

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方

程为 ( ) 。 （分数：1分）

A. s(s+1)=0 B. s(s+1)+5=0 C. s(s+1)+1=0

D. 与是否为单位反馈系统有关

正确答案：B

4、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 。 （分数：1分） A. 传递函数只适用于线性定常系统；

B. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C. 传递函数一般是为复变量s的真分式； D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性

正确答案：B

5、

非单位负反馈系统，

自 动 控 制 原 理 课 程 设 计

物理科学与工程技术学院

课程设计说明书

课题名称： 自动控制原理 设计题目： 自动控制与检测原理

专业班级： 11级自动化 学生姓名： 袁 学 号 ： 1134307138

1

自 动 控 制 原 理 课 程 设 计

自动控制系统

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

自动检测

检测是指为确定产品、零件、组件、部件或原材料是否满足设计规定的质量标准和技术要求目标值而进行的测试、测量等质量检测活动。检测有3个目标: ①实际测定产品(含零、部件)的规定质量