基于大林算法的溫度控制

電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

（控制基礎(chǔ)實(shí)踐）題目：基于大林算法的爐溫控制仿真專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化101班姓名：周強(qiáng)學(xué)號(hào)：33號(hào)指導(dǎo)老師：楊國(guó)亮2012年12月22日摘要電阻爐在化工、冶金等行業(yè)應(yīng)用廣泛，因此溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要意義。其控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、控制精度低。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為臨界點(diǎn)，超出設(shè)定允許范圍即進(jìn)行溫度調(diào)控：低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，但控制效果不理想，控制溫度精度不高、容易引起震蕩，達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)的時(shí)間也長(zhǎng)，因此，只能用在精度要求不高的場(chǎng)合。電加熱爐是典型的工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象，在我國(guó)應(yīng)用廣泛。電加熱爐的溫度控制具有升溫單向性，大慣性，大滯后，時(shí)變性等特點(diǎn)。其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無(wú)法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立精確的模型和確定參數(shù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論和方法難以達(dá)到理想的控制。在溫度控制技術(shù)領(lǐng)域中，普通采用PID控制算法。但是在一些具有純滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)中，PID控制很難兼顧動(dòng)、靜兩方面的性能，而且多參數(shù)整定也很難實(shí)現(xiàn)最佳控制。若采用大林算法，可做到無(wú)或者小超調(diào)，無(wú)或小穩(wěn)態(tài)誤差。大林算法是運(yùn)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一種算法，是一種先設(shè)計(jì)好閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)再反過(guò)來(lái)綜合調(diào)節(jié)器的方法。設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器（算法）使閉環(huán)系統(tǒng)的特性為具有時(shí)間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時(shí)間與被控對(duì)象的滯后時(shí)間相同。此算法具有消除余差、對(duì)純滯后有補(bǔ)償作用等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要采用大林算法來(lái)實(shí)現(xiàn)爐溫控制，并與PID算法進(jìn)行比較。關(guān)鍵詞：PID控制；大林算法；控制算法；MATLAB目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章系統(tǒng)方案 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1\o"CurrentDocument"大林算法 1\o"CurrentDocument"PID算法 3\o"CurrentDocument"第二章設(shè)計(jì)流程 5\o"CurrentDocument"大林算法軟件設(shè)計(jì)流程圖 5\o"CurrentDocument"PID算法程序設(shè)計(jì)流程圖 5\o"CurrentDocument"第三章設(shè)計(jì)過(guò)程及結(jié)果 6GUI界面設(shè)計(jì) 6GUI界面的建立 7\o"CurrentDocument"制作GUI界面 9\o"CurrentDocument"Simulink設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"大林算法Simulink 10\o"CurrentDocument"PID控制算法Simulink 11\o"CurrentDocument"程序設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"大林算法編程 12\o"CurrentDocument"PID控制算法編程 14\o"CurrentDocument"兩種算法的比較 16\o"CurrentDocument"第四章總結(jié) 17\o"CurrentDocument"致謝 18\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 19\o"CurrentDocument"附錄 20\o"CurrentDocument"1、大林算法程序 20\o"CurrentDocument"2、PID控制器算法程序 20第一章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)任務(wù)和要求已知電阻爐對(duì)象數(shù)學(xué)模型為其中，k=12,T=400,t=60，電阻爐的溫度設(shè)定為1000℃.要求：(1)設(shè)計(jì)大林控制算法；⑵設(shè)計(jì)PID控制器，并與PID算法進(jìn)行比較；(3)改變模型參數(shù)，考察模型擾動(dòng)下系統(tǒng)性能變化情況。大林算法在一些實(shí)際工程中，經(jīng)常遇到純滯后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它們的滯后時(shí)間比較長(zhǎng)。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，往往允許系統(tǒng)存在適當(dāng)?shù)某{(diào)量，以盡可能地縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。人們更感興趣的是要求系統(tǒng)沒(méi)有超調(diào)量或只有很小超調(diào)量，而調(diào)節(jié)時(shí)間則允許在較多的采樣周期內(nèi)結(jié)束。也就是說(shuō)，超調(diào)是主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，用一般的隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是不行的，用PID算法效果也欠佳。針對(duì)這一要求，IBM公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一種針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含有純滯后對(duì)象的控制算法。其目標(biāo)就是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。該算法具有良好的控制效果。大林算法中D(z)的基本形式設(shè)被控對(duì)象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為：(1-1)(1-2)(近s+l)(T調(diào)+1)(1-2)其中“叼為被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，日二”為被控對(duì)象的純延遲時(shí)間，為了簡(jiǎn)化，設(shè)其為采樣周期的整數(shù)倍，即N為正整數(shù)。由于大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純

滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即舀一R￥⑦⑸TS+1，其中8=1仃由于一般控制對(duì)象均與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)，所以相應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是1—產(chǎn)產(chǎn)(1-3)sr-s+1(1-3)于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為G0.[1-①⑵]一五G0.[1-①⑵]一五T[1-久-0_門工)產(chǎn)工)產(chǎn)1(1-4)D(z)可由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。由上式可知，它與被控對(duì)象有關(guān)。下面分別對(duì)一階或二階純滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。一階慣性環(huán)節(jié)的大林算法的D(z)基本形式當(dāng)被控對(duì)象是帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，由式(1-1)的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為：G(z)=Z1-產(chǎn)G(z)=Z1-產(chǎn)K產(chǎn)'R IjS+1K產(chǎn)：(q自+1)-z足"奧

+1)午+1午+1Z--卜也皿l-z卜也皿l-z-11-產(chǎn)徇=K(\-z-v)z-n[將此式代入(2-4)，可得口⑶=卬口⑶=卬-工i-力」-0-(1-5)式中：T――采樣周期:被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù);閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。二階慣性環(huán)節(jié)大林算法的D(z)基本形式當(dāng)被控對(duì)象為帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，由式(1-1)的傳遞函數(shù)可知，其脈沖傳遞函數(shù)為

將式6屹）代入式（1-3）即可求出數(shù)字控制器的模型：(1-6)由此，我們可以設(shè)計(jì)出控制器的傳遞函數(shù)，利用MATLAB工具在SIMULINK里畫出整個(gè)控制系統(tǒng)，給定一個(gè)階躍信號(hào)就可得到整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。PID算法根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制（簡(jiǎn)稱PID控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明，運(yùn)用這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿意的效果。不過(guò)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，不是簡(jiǎn)單地把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化，而是進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合，使PID控制更加靈活，更能滿足生產(chǎn)過(guò)程提出的要求。它的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：圖1-1PID結(jié)構(gòu)圖在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)?/p>

差分方程。數(shù)字PID增量型控制算式為Au(k)=u(k)-u(k—1)二Ke(k)二Ke(k)—e(k-1)]P+Ke(k)+KIe(k)—2e(k—1)+e(k—2)]（2-7）K式中P稱為比例增益；TKTKPTI稱為積分系數(shù)；TKTKD=KPT稱為微分系數(shù)。為了編程方便，可將式整理成如下形式Au(k為了編程方便，可將式整理成如下形式Au(k)=qe(k)+qe(k—1)+qe(k—2)（1-8）I2Tq=-K(1+f)\1pT其中q2T其中q2T=K-DPT（1-9）第二章設(shè)計(jì)流程大林算法軟件設(shè)計(jì)流程圖數(shù)字控制器是控制系統(tǒng)的核心，用它對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這里采用直接程序設(shè)計(jì)法繼續(xù)設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖1。圖2-1大林算法設(shè)計(jì)程序流程圖PID算法程序設(shè)計(jì)流程圖PID控制算法種類繁多，各種控制條件下產(chǎn)生的響應(yīng)又是有區(qū)別的。在本設(shè)計(jì)中采用的是普通PID控制算法。PID算法程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2。圖2-2PID算法程序設(shè)計(jì)流程圖第三章設(shè)計(jì)過(guò)程及結(jié)果GUI界面設(shè)計(jì)MATLAB可以創(chuàng)建圖形用戶界面GUI（GraphicalUserlnterface）,它是用戶和計(jì)算機(jī)之間交流的工具。MATLAB將所有GUI支持的用戶控件都集成在這個(gè)環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)置方法，隨著版本的提高，這種能力還會(huì)不斷加強(qiáng)。由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說(shuō)明等對(duì)象（Ob2ject）構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些圖形對(duì)象,使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化,比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等。假如科技工作者僅僅執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、解方程等工作,一般不會(huì)考慮GUI的制作。但是如果想向客戶提供應(yīng)用程序,想進(jìn)行某種技術(shù)、方法的演示,想制作一個(gè)供反復(fù)使用且操作簡(jiǎn)單的專用工具,那么圖形用戶界面是最好的選擇之一。Matlab為表現(xiàn)其基本功能而設(shè)計(jì)的演示程序demo是使用圖形界面的最好范例。Matlab的用戶在指令窗口中運(yùn)行demo打開(kāi)圖形界面后,只要用鼠標(biāo)進(jìn)行選擇和點(diǎn)擊,就可瀏覽豐富多彩的內(nèi)容。開(kāi)發(fā)實(shí)際的應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)該盡量保持程序的界面友好,因?yàn)槌绦蚪缑媸菓?yīng)用程序和用戶進(jìn)行交互的環(huán)境。在當(dāng)前情況下,使用圖形用戶界面是最常用的方法。提供圖形用戶界面可使用戶更方便地使用應(yīng)用程序,不需要了解應(yīng)用程序怎樣執(zhí)行各種命令,只需要了解圖形界面組件的使用方法;同時(shí),不需要了解各種命令是如何執(zhí)行的,只要通過(guò)用戶界面進(jìn)行交互操作就可以正確執(zhí)行程序GUI界面的建立1、打開(kāi)GUI或在MATLAB指令窗中運(yùn)行g(shù)uide得到如圖3-1所示:Create「整加GUIGUIDEtemdatea?BLankGUI<pel=aiJt)#GulhidiUcantrah/0UTwithAwsandMenj/MhdalQuestkxi□ieJog圖3-1創(chuàng)建GUI2、選則BlankGUI空白GUI設(shè)計(jì)工作臺(tái)，如下圖所示，包含以下4個(gè)功能區(qū)：菜單條、編輯工具條、控件模板區(qū)、設(shè)計(jì)工作區(qū)。圖形用戶界面設(shè)計(jì)在該區(qū)域進(jìn)行，引出圖所示的界面設(shè)計(jì)工具。用鼠標(biāo)拖動(dòng)“工作區(qū)”右下角的“小黑塊”，使工作區(qū)的大小與圖與圖大小相當(dāng)。點(diǎn)擊“軸Axes”控件圖標(biāo)，然后在工作區(qū)中的適當(dāng)位置，拉出適當(dāng)大小的繪圖區(qū)。類似上步操作，通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的“靜態(tài)文本StaticText”、可編輯文本“EditText"、按鍵“PushButton”用鼠標(biāo)拖拉出相應(yīng)的控件，如圖

圖3-2GUI圖3-2GUI空白頁(yè)3、圖形窗口和控件的某些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置雙擊工作區(qū)或控件可引出圖形和相應(yīng)控件的“屬性編輯框PropertyInspector”。圖顯示的是軸屬性的編輯框。售Inspectorfigure(Unti_EeingDeletedBusy恥EriButtonDawnFcnoffClippingClossRequestFcnEColorqueue售Inspectorfigure(Unti_EeingDeletedBusy恥EriButtonDawnFcnoffClippingClossRequestFcnEColorqueue感on述chsereqCreateFcnCurrentCharccterECurrentPoint[^,2-0,077]DockcontrolsonTFileNameHandleVisibilitycallback▼HitTestonTIntegerHandleoffTInterruptibleonTInvertHardcopyon▼KeyPressFcn遢6KeyReleaseFcn夠MenuBarnoneUntitledNameDeleteFcn圖3-3屬性框4、創(chuàng)建菜單點(diǎn)擊“菜單編輯器”圖標(biāo)，引出空白菜單編輯對(duì)話窗點(diǎn)擊“菜單編輯對(duì)話窗”最左上方的“新菜單NewMenu”圖標(biāo)，在左側(cè)空白窗口中，出現(xiàn)“Untitled1”圖標(biāo)；再點(diǎn)擊此圖標(biāo)，就在右側(cè)引出類似于圖右側(cè)的填寫欄；在“Lable”中填寫Options；在“Tag”中填寫optios；于是左側(cè)的“Untiled1”圖標(biāo)變成“Options”圖標(biāo)。先點(diǎn)亮左側(cè)的“Options”圖標(biāo)，再點(diǎn)擊菜單編輯對(duì)話窗上的“心菜單項(xiàng)NewMenuIterm”圖標(biāo)，就引出待定義的菜單項(xiàng)；在左側(cè)的“Lable”填寫B(tài)oxon,在“Tag”填寫box_on。重復(fù)該小步的操作，建立另一個(gè)菜單項(xiàng)Boxoff,如圖：

圖3-4菜單項(xiàng)界面的激活和回調(diào)函數(shù)生成經(jīng)以上操作后，工作臺(tái)上所制作的界面外形及所含構(gòu)件已經(jīng)符合設(shè)計(jì)要求，但這個(gè)界面各構(gòu)件之間的通訊還沒(méi)有建立，為此必須激活處理。點(diǎn)擊工作臺(tái)上“激活A(yù)ctivateFigure”工具圖標(biāo)，就引出2個(gè)界面：名為Myguil的圖形用戶界面；展示名為myguil的M函數(shù)文件的文件編輯器界面。在此同時(shí)，在當(dāng)前目錄上，由MATLAB自動(dòng)生成2個(gè)文件，即Myguil.fig和目myguil.m。制作GUI界面首先找到所需要的相應(yīng)控件，然后根據(jù)自己的設(shè)計(jì)想法進(jìn)行擺正控件。本設(shè)計(jì)中所需要的控件主要是按鈕，文本，波形圖以及輸入框。按照自己的思路擺放成的總結(jié)面如下：圖3-5大林算法總界面3.2Simulink設(shè)計(jì)圖3-6PID控制總界面大林算法圖3-5大林算法總界面3.2Simulink設(shè)計(jì)圖3-6PID控制總界面大林算法Simulink根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。首先是大林算法的，根據(jù)第一章介紹的（1-1'，*0-產(chǎn)匕）算法過(guò)程中所得到的，進(jìn)行數(shù)據(jù)代入，算出D（Z）的最終表達(dá)式。并根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行參數(shù)的填入，如圖所示：設(shè)置控制溫度為1000℃Finalvalue:Sampletijne(-1forinherited):Finalvalue:1000，系統(tǒng)時(shí)間周期為10，時(shí)間常數(shù)為60，最后得到大林算法的Simulink圖:1000，系統(tǒng)時(shí)間周期為10，時(shí)間常數(shù)為60，最后得到大林算法的Simulink圖:Trnidelay:33圖3-7大林算法Simulink圖運(yùn)行得到波形圖：

TOC\o"1-5"\h\z?COO i _j_— | I:■_---.:.■500- ： 二下工 ： ： ： ：1 -HBOQ- … ： ?: - -： : : :. —H::,:::?L口一 丁 - ": —::E00- ； ； ; ■-- - : : : " —■500 ../ j : .: ■■ : : : ： ： ^ ^ ： ：400--；1 ： ： ： ,: - ： :? ：? —H300-: ：■ ： ": :. ■： : : :. -H200--( ：■ ： ； ■： ?: : ■?co/ ■■: ； ； ■-- 1 ■ : : ■-- —n? ii ii.0 9001COO150020TO29T 3：00SOO40CO4910 9000TimftcfiaBt;G圖3-8大林算法Simulink下的波形圖3.2.2PID控制算法Simulink同理進(jìn)行PID控制器的Simulink進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)第一章所得到的公式Au(k)=u(k)-u(k—1):KPe(k)—e(k—1)]+Ke(k)+KD\e(k)—2e(k—1)+e(k—2)]和TTq0=KP(1+T+手)I2Tq=-K(1+—DiptTq2=KP千ProportionalCP):Integral(I):進(jìn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的定義。給出q0=P,q1=I,q2=D的數(shù)值igy一力LL3口.口口25口，時(shí)LL3口.口口25口，時(shí)間周期為10Ssnpletims則，時(shí)間常數(shù)為60幽 ，最后的Simulink仿真圖為:圖3-9PID控制算法Simulink圖運(yùn)行得到波形圖：圖3-10PID控制算法Simulink下的波形圖程序設(shè)計(jì)本次課程設(shè)計(jì)主要使用的是MATLAB編程語(yǔ)言。早期用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量和運(yùn)算速度的限制等原因，常常要定義常量、變量、向量和矩陣等的不同的數(shù)據(jù)類型，結(jié)果導(dǎo)致編程過(guò)于復(fù)雜化。和這些語(yǔ)言不一樣，MATLAB語(yǔ)言對(duì)他們進(jìn)行了高度抽象，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)類型的高度統(tǒng)一，即常量、變量、向量和矩陣等都具有相同的數(shù)據(jù)類型。MATLAB語(yǔ)言認(rèn)為所有的數(shù)據(jù)都是一個(gè)對(duì)象類，都具有相同的屬性。因此，用戶不需要事先分別定義常量、變量、向量和矩陣等的數(shù)據(jù)類型就可以直接使用他們，當(dāng)然MATLAB的這種設(shè)計(jì)思想是以高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及作為前提條件的，編程得到了很大簡(jiǎn)化。MATLAB語(yǔ)言是一種“數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言”。它的操作和功能函數(shù)指令就是用平時(shí)計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)書上的英文單詞和符號(hào)來(lái)表達(dá)的，比BASIC、FORTRAN和C等語(yǔ)言更接近于人們書寫的數(shù)學(xué)計(jì)算公式、更接近于人們進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思維方式。用MATLAB語(yǔ)言編寫程序猶如在演算紙上排列公式與求解問(wèn)題，故有人稱MATLAB編程語(yǔ)言為“演算紙”式科學(xué)算法語(yǔ)言。因此，MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)單自然，學(xué)習(xí)和使用更容易。MATLAB程序文件是一個(gè)純文本文件，擴(kuò)展名為.m，用任何字處理軟件都可以對(duì)它進(jìn)行編輯。MATLAB本身就像一個(gè)解釋系統(tǒng)，對(duì)其中的函數(shù)程序的執(zhí)行以一種解釋執(zhí)行的方式進(jìn)行，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤，進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。因此，程序調(diào)試容易、編程效率高。MATLAB的用戶界面精致，接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大地方便了用戶的使用。大林算法編程首先根據(jù)所畫的界面圖可知，需先得到放大倍數(shù)K,時(shí)間常即，仿真時(shí)間Tf和采樣周期Tm的輸入值，所以這里就用到get()和str2double()兩條語(yǔ)句，具體程序如下：a=get(handles.edit1,'String');/得到handles.edit1的數(shù)值；Tf=str2double(a); /把值賦給Tf；b=get(handles.edit2,'String');Tm=str2double(b);c=get(handles.edit5,'String');K=str2double(c);d=get(handles.edit4,'String');Ti=str2double(d);接下來(lái)就是設(shè)計(jì)任務(wù)給定的控制溫度，及時(shí)間周期，r=1000，T=10。數(shù)學(xué)模型G(s)的表達(dá)式[A,B,C,D]=tf2ss(K,[Ti1])，[G,H,Cd,Dd]=c2dt(A,B,C,T,60)。然后就是根據(jù)第一章所介紹的大林算法的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行程序編譯，具體如下：a0=1/8;a1=exp(-Tm/400)/8;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;x=zeros(size(G,1),1);fori=1:Tf/Tme=r-y(end);u=a0*e-a1*e1+b1*u1+b2*u7;forj=1:Tm/Tx=G*x+H*u;y=[y,Cd*x+Dd*u];t=[t,t(end)+T];endu7=u6;u6=u5;u5=u4;u4=u3;u3=u2;u2=u1;u1=u;y1=y(end);e1=e;end最后把編出的程序放到運(yùn)行按鈕的callback下，即在functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)這條語(yǔ)句下進(jìn)行編程。完成編譯，寫入812，T=10，Tf=4000，Tm=10，運(yùn)行得到圖形如下：技人芒她町,司■常燭400伯立日?1可4(300泰祥周期 技人芒她町,司■常燭400伯立日?1可4(300泰祥周期 10Simulink仿真波形川口控制系統(tǒng)1000 2000 3000 400：大林算法的爐溫控制披弗圖圖3-11大林算法波形圖PID控制算法編程與大林算法的步驟基本相同，只是在算法編程過(guò)程中改變了。這里同樣用到get()和str2double()兩條語(yǔ)句，并寫出G(s)的表達(dá)式和給定的控制溫度及時(shí)間周期。具體如下：a=get(handles.edit4,'String');K=str2double(a);b=get(handles.edit5,'String');T=str2double(b);c=get(handles.edit1,'String');kp=str2double(c);d=get(handles.edit2,'String');ki=str2double(d);e=get(handles.edit3,'String');kd=str2double(e);ts=10;sys=tf([K],[T,1],'inputdelay',60);dsys=c2d(sys,ts,'zoh');[num,den]=tfdata(dsys,'v');在根據(jù)第一章所介紹的PID簡(jiǎn)單控制算法進(jìn)行算法的編程，得到的具體程序如下：u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0;ud_1=0;y_1=0;y_2=0;y_3=0;error_1=0;ei=0;fork=1:1:400time(k)=k*ts;rin(k)=1000;yout(k)=-den(2)*y_1+num(2)*u_5;error(k)=rin(k)-yout(k);ei=ei+error(k)*ts;gama=0.50;Td=kd/kp;Ti=0.5;c1=gama*Td/(gama*Td+ts);c2=(Td+ts)/(gama*Td+ts);c3=Td/(gama*Td+ts);u(k)=kp*error(k)+kd*(error(k)-error_1)/ts+ki*ei;ifu(k)>=1500u(k)=1500;endifu(k)<=-1500u(k)=-1500;endu_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);error_2=error_1;error_1=error(k);end同樣把編出的程序放到運(yùn)行按鈕的callback下，即在functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)這條語(yǔ)句下進(jìn)行編程。完成編譯，寫入81,T=400,Kp=1,Ki=0.005,Kd=0,運(yùn)行得到圖形如下:圖3-12PID控制算法波形圖1200技五五數(shù)1000IL問(wèn)市行 圖3-12PID控制算法波形圖1200技五五數(shù)1000IL問(wèn)市行 400Q.OO5娥其波形100D20CD3000PD爐溫控制系統(tǒng)放形兩種算法的比較大林算法適合用于沒(méi)有超調(diào)或較小的超調(diào)，而對(duì)快速性要求不高的場(chǎng)合。需要消除振鈴現(xiàn)象PID算法PID控制多年來(lái)受到廣泛的的應(yīng)用，PID在解決快速性、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量等問(wèn)題上具有很好的應(yīng)用。PID的調(diào)整時(shí)間，動(dòng)態(tài)性能都很好。但是PID也有需要改進(jìn)的地方。改進(jìn)：積分項(xiàng)的改進(jìn)在PID控制中，積分作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但是很多時(shí)候積分作用又會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)造成不良影響，是系統(tǒng)產(chǎn)生大的超調(diào)或時(shí)間震蕩。具體的改進(jìn)有（1）積分項(xiàng)的改進(jìn)有積分分離法抗積分飽和法（2）微分項(xiàng)的改進(jìn)有不完全微分PID控制算法微分先行PID控制算法在大林算法得到的波形圖中，超調(diào)量趨近于零，上升時(shí)間1000s，穩(wěn)態(tài)誤差趨近于零。而在PID控制算法中，存在靜差，是有差調(diào)節(jié)，對(duì)于擾動(dòng)較大，且慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)，則很難兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性仿真結(jié)果。說(shuō)明采用大林算法可顯著減小超調(diào)，也可做到很小的穩(wěn)態(tài)誤差。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們可以看出，大林算法的輸出不僅是以偏差為依據(jù)的，還和前N次的輸出有關(guān)，但所起的作用不盡相同。大林算法由于參考了歷史輸出情況，且滯后越大，參考時(shí)間越長(zhǎng)，因此能更有效的抑制超調(diào)。可見(jiàn)大林算法的適應(yīng)能力很強(qiáng)，跟蹤速度比較快，是具有較大滯后對(duì)象的一種較理想的控制算法。第四章總結(jié)本文首先從電阻爐在當(dāng)今社會(huì)的生產(chǎn)和發(fā)展，進(jìn)而介紹其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，導(dǎo)出大林算法和PID控制器及其算法。從而引出我們對(duì)這兩種控制算法的理解和仿真具有重大意義，介紹了這兩種控制技術(shù)的發(fā)展歷史和研究進(jìn)展。進(jìn)而提出什么是大林算法，什么是PID控制算法、控制算法的基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)網(wǎng)上資料找到了大林算法的定義及由來(lái)，找到普通PID控制算法。在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，自定義了自由導(dǎo)入?yún)?shù)來(lái)查看其波形圖。并進(jìn)行了在同參數(shù)的情況下，對(duì)大林算法和PID控制器算法進(jìn)行對(duì)比。本次課程設(shè)計(jì)的控制方法知識(shí)規(guī)則的推理都大部分借助計(jì)算機(jī)程序，因此對(duì)這種控制器的開(kāi)發(fā)需要有比較專業(yè)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，在這里用到的MATLAB語(yǔ)言以及所屬的Simulink仿真控件。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使我對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)比較大的綜合鞏固，讓我學(xué)會(huì)了各種查閱資料以及整理所需材料的能力，通過(guò)這次的課題設(shè)計(jì)，也讓我學(xué)習(xí)到了不少新知識(shí)，在幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)實(shí)踐中學(xué)到的東西比以往學(xué)到的都要豐富，因?yàn)槲也粌H學(xué)到了一些新的專業(yè)知識(shí)還鍛煉了自己解決問(wèn)題的能力，這是不可多得的。但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我也遇到了不少困難，感覺(jué)自己對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的欠缺，讓自己增加了緊迫感，要抓緊彌補(bǔ)自己的欠缺，學(xué)無(wú)止境，這也讓我體會(huì)到了不管以后走上什么樣的工作崗位，都不要拋棄自己的學(xué)習(xí)，不進(jìn)則退，別人的進(jìn)步自己的停滯不前終將導(dǎo)致自己的被淘汰，這是我在整個(gè)課題設(shè)計(jì)過(guò)程中最大的體會(huì)。致謝在這里我要感謝楊國(guó)亮老師的辛苦指導(dǎo)，我成功完成本次課程設(shè)計(jì)雖然主要是來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)的幫助，但是楊老師的指導(dǎo)卻是不可缺少的。開(kāi)始拿到課程題目，我根本就無(wú)從下手，是楊老師在黑板上給我們講解題目的含義，并給出了我們所要完成的一步步的要求。我也要感謝我的團(tuán)隊(duì)組員，是他們和我一步步的完成。從一開(kāi)始的計(jì)算，雖然算了好幾次都是不正確的，但是我們并沒(méi)有灰心，一直在繼續(xù)的努力著。這個(gè)組員算錯(cuò)了，換下一位組員繼續(xù)去算，每一個(gè)都有自己的算法思路。最后，總結(jié)大家的想法，黃天不負(fù)有心人，我們成功的完成了。本次課程設(shè)計(jì)，我組主要采取分工合作，每一位組員都有自己的任務(wù)。有的負(fù)責(zé)大林算法的計(jì)算，有的負(fù)責(zé)去編輯大林算法的程序，有的負(fù)責(zé)simusink的設(shè)計(jì)，有的……最后，祝楊老師身體健康，同學(xué)們的課程設(shè)計(jì)都能圓滿的成功。參考文獻(xiàn)【1】、劉金錕?先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真?電子工業(yè)出版社，2009。【2】、郝麗娜?計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及CAD?高等教育出版社，2009。【3】、吳壽松?自動(dòng)控制原理?科學(xué)出版社，2007?！?】、楊琳娟等?大林算法在爐溫控制中的應(yīng)用?儀器儀表學(xué)報(bào)，2005。附錄1、大林算法程序a=get(handles.edit1,'String');Tf=str2double(a);b=get(handles.edit2,'String');Tm=str2dou