发布时间 : 星期六 文章计算机控制课程设计温度控制系统的设计与实现)更新完毕开始阅读98187465534de518964bcf84b9d528ea80c72f18
内蒙古工业大学课程设计说明书
器型号规格很多，但它们的工作原理基本相似。主要由输入电路，驱动电路和输出电路三部分组成。
4．中泰PCI-8333
PCI-8333 多功能模入模出接口卡适用于提供了PCI 总线插槽的PC系列微机，具有即插即用（PnP）的功能。其操作系统可选用目前流行的 Windows 系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中并用螺丝固定，信号电缆从机箱外部直接接入。
PCI-8333 多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。其模入模出及I/O信号均由卡上的37芯D 型插头与外部信号源及设备连接。对于模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式。对于模出部分，用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。本卡上的A/D、D/A 转换均为12位，同时还备有16路数字量输入和16 路数字量输出接口，三路16位字长的计数/定时器，以及1Mhz 的基准时钟。本卡的A/D 转换启动方式可以选用程序触发、定时器自动触发、外同步触发等方式，转换状态可以用程序查询，也可以用中断方式通知CPU读取转换结果。
2.2 被控对象分析（被控对象数学建模）
1．过程控制系统建模方法
在控制系统的分析和设计中，首先要建立系统的数学模型。控制系统的数学模型是描述系统内部物理量（或变量）之间关系的数学表达式。在静态条件下，描述变量之间关系的代数方程叫静态数学模型；而描述变量各阶导数之间关系的微分方程叫动态数学模型。建立控制系统的数学模型是分析和设计控制系统的首要工作。
建立控制系统数学模型的方法有机理建模法和测试建模法。
（1）机理建模法：对系统各部分的运动机理进行分析，根据它们所依据的物理规律或化学规律分别列写相应的运动方程。例如：基尔霍夫定律、牛顿定律、热力学定律等。
（2）测试建模法：人为的给系统施加某种测试信号，记录其输出响应，并用适当的数学模型区逼近。
2．系统机理建模
本系统的被控对象是电热水壶，通过对其加热过程中热量这一物理量的变化和转
5
内蒙古工业大学课程设计说明书
移过程，确定其模型。由热力学第一定律得：
?i??o?Wr （2-1）
式中，?i——电热水壶吸收的热量； ?o——电热水壶散发的热量； Wr——给电热水壶加热的总能量
根据热力学知识，有下列关系：
d ??CTid t ?o?kdT Wr?UItd 式中，C——水的比热容； T——水的升温；
U——电源电压；
k ——水壶散热系数；
I——流过电热水壶电流；
td——总的导通时间
联立（2-1）、（2-2）、（2-3）和（2-4）得：
Cd Td?UItd?kdT t对（2-5）进行拉氏变换，得：
CsT(s)?UIt(s)?kT(s) 整理得传递函数：
G(s)?T(s)UIUIkt(s)?Cs?k?Csk?1假设
UICk?K，k?T 6
2-2）
2-3）
2-4）
（2-5）
2-6）
2-7） （（ （ （ （内蒙古工业大学课程设计说明书
整理（2-7）得：
G(s)?K （2-8） Ts?1考虑电热水壶本身固有的延迟时间，得被控对象的传递函数：
Ke??sG(s)? （2-9）
Ts?13．系统测试建模
阶跃响应与脉冲响应关系：
（2-10） （2-11）
y(t)为阶跃响应，g(t)为脉冲响应。
首先将y(t)转化为无量纲形式y﹡(t),即 y﹡(t)=其中y(∞)是y(t)的稳态值。此时有 K=其中，△u为阶跃输入的幅值。 y﹡(t)=
（2-14）
（2-12）
（2-13）
为了确定T和，选择两个时刻和和y﹡(t)的坐标值，其中 y﹡()= y﹡()=对上述两式的两端取自然对数，有
（2-15） （2-16）
（2-17）
7
（2-18）
内蒙古工业大学课程设计说明书
联立求解，可得
T= （2-19）
（2-20）
若选择y﹡()=0.39， y﹡()=0.63，则可得 T=2( =2有上述两式可以方便的求出时间常数T和 G(s)=其中，
是延迟时间为的纯滞后环节。
) （2-21） （2-22） 被控对象的数学模型为：
（2-23）
4．数据采集
首先，在组态软件力控5.0中，产生PWM脉冲波形克服水温热惯性。将系统接成开环，即不在计算机中设定稳态温度。当温度升高到87度时，断开电源。从初始温度一直到最后温度回落到初始值过程中每隔一度记录一组数据，所得数据如表2-1所示： 表2-1
温度时 间 温度(S) （℃） （℃） 10 0 37 14 300 36 18 600 36 22 900 35 26 1200 35 30 1500 34 34 1800 34 38 2100 33 37 2400 32 时 间 温度(S( （℃） 2700 32 3000 31 3300 31 3600 30 3900 30 4200 29 4500 29 4800 28 5100 28 时 间 温度(S) （℃） 5400 27 5700 27 6000 26 6600 26 6900 25 7200 25 7500 25 7800 24 8100 24 时 间 温度(S) （℃） 8400 23 8700 23 9000 22 9300 21 9600 21 9900 20 10200 20 10500 20 10800 20 时 间 (S) 11100 11400 11700 12000 12300 12600 12900 13200 13500 5．建立模型
8