温度控制系统初期报告

组会报告报告人：孔跃2011年12月13日主要工作了解温度控制系统组成分析了一下已设计好的控制系统尝试自己设计一个控制器复习计算机控制温度控制系统系统搭建的目的：为生物学实验搭建一个稳定、精确、可调的温度环境，要求温度响应尽可能快系统组成：控制器：51单片机执行器：TEC半导体制冷片传感器：温度探头已有控制系统分析已有控制系统分析系统阶跃响应比较理系统稳定，上升较快，经历三个震荡周期趋于稳定，调节时间略长系统比较复杂，我尝试把它转化成方框图，但不成功（包含求符号、绝对值的环节）有些部分知道其功能，但不知道为什么要这么用，为什么想到加这样一个环节已有控制系统分析我的尝试我想从老师建立好的被控对象的模型出发，尝试自己设计一个控制器，看能达到怎样的效果被控对象传递函数：31s3.020）（被控对象特性开环阶跃响应：被控对象特性01234567891002468101214161820StepResponseTime(sec)Amplitude被控对象特性-80-60-40-2002040Magnitude(dB)10-1100101102-270-180-900Phase(deg)BodeDiagramGm=-7.96dB(at5.77rad/sec),Pm=-25.1deg(at8.41rad/sec)Frequency(rad/sec)被控对象特性被控对象特性由Bode图看出，其相角稳定裕度Pm0，因此系统闭环不稳定下面我试验了直接套用老师设计的控制系统里的模块的效果，发现系统更不稳定了加积分环节012345678910020406080100120140160180200StepResponseTime(sec)Amplitude-150-100-50050Magnitude(dB)10-1100101102-360-270-180-90Phase(deg)BodeDiagramGm=-16.6dB(at1.92rad/sec),Pm=-68.6deg(at4.4rad/sec)Frequency(rad/sec)加控制器-150-100-50050100Magnitude(dB)10-210-1100101102103-360-270-180-900Phase(deg)BodeDiagramGm=-22.8dB(at4.12rad/sec),Pm=-88.5deg(at10.9rad/sec)Frequency(rad/sec)012345678910050100150200250StepResponseTime(sec)Amplitude闭环控制器设计超前校正原理：利用校正装置的超前相位在穿越频率处对系统进行相位补偿，以提高系统的相位稳定裕量，从而也提高了穿越频率值，改善系统的稳定性和快速性根据相角裕度的要求来进行超前校正设计控制器设计控制器设计-150-100-50050Magnitude(dB)10-1100101102103-270-180-900Phase(deg)BodeDiagramGm=2.38dB(at14rad/sec),Pm=5.75deg(at12.2rad/sec)Frequency(rad/sec)控制器设计实现了系统稳定但要求Pm=45deg，但实际只有5.75deg响应曲线震荡严重调节时间很长总之，响应性能很差控制器设计采用PID控制策略单纯比例控制，缩小增益-80-60-40-20020Magnitude(dB)10-1100101102-270-180-900Phase(deg)BodeDiagramGm=4.08dB(at5.77rad/sec),Pm=17.4deg(at4.62rad/sec)Frequency(rad/sec)控制器设计单纯比例控制可以使系统恢复稳定，但震荡严重，超调量大，效果不好考虑引入微分环节以减小超调即采用比例-微分控制（PD控制）传递函数：Kp(1+τs)参数Kp，τ可调控制器设计-30-20-100102030Magnitude(dB)10-1100101102-180-135-90-45045Phase(deg)BodeDiagramGm=InfdB(atInfrad/sec),Pm=19.1deg(at26.9rad/sec)Frequency(rad/sec)初始时，Kp=1,τ=1控制器设计调节参数Kp=0.2Kp=0.05控制器设计调节参数τ=0.2τ=0.3控制器设计兼顾快速性和超调量控制，取Kp=0.05,τ=0.24