真的烤箱的温度控制分析完整版龙8囯际基于MATLAB仿
摘要••▽：本文以烤箱的温度为研究对象◁-•，对其温度变化进行建模并控制分析◇…◆==。阐 述了基本的建模原理▼…■◇○△，并利用 Mａtlaｂ /Simｕlink 仿真工具▼-▷◁•…，依据状态空间方 程理论对该系统进行仿真分析与控制▼■○•。 关键词▼▷◇▽▪●：Matlab /Simｕlink 仿真◁…▲○▽；状态空间○◆••□◇;反馈控制
温度控制技术广泛的应用于社会生活的各个方面☆▼，传统的温度控制技术中 最常用的就是继电器调温●▼▲◇,但是继电器调温操作频繁•○•-▪-，温度的控制范围小◇▷,精度也 不高★◆。由于烤箱温度控制具有多种特点□◁▽▼,例如单方向升温▼●■▽、时间滞后性强▽★●◆…•、随时 间变化等龙8囯际★▽•▷=▽。因此▪▼△，传统的控制方法不能达到预期的控制效果△◆☆●■□。根据烤箱工作时 实际温度的变化情况◇●◇▲•版龙8囯际基于MATLAB仿，本文对烤箱先进行建模▪▼◆■，分析其温度的变化情况…●，继而 采用负反馈控制对其进行温度的调节控制▪▲▪◁■。
行负反馈控制进行调节▲△▷。 烤箱的温度变化曲线▲◁☆▼. 烤箱温度变化曲线Ｗ功率பைடு நூலகம்烤箱中◇☆▲▼…△,瞬间测量温度 很接近烤箱温 度 ●△●▷△◇，当时间充分=●，稳定状态下◆▪▽▲,两者几乎是相等的★…△▽。
通过以下程序••□▷◁△,来求出离散系统的状态空间表达式•△△•○。 Rm=３▷▲△★;Rｆ＝０龙8囯际★▼。1☆•▷▽★■； Ｃa＝50０0◁■○◇■…； Cm=1０◇▷◁▪▽; k２＝0=◇●●。1★▼☆； ｋ1=100■△-○； T
４▪-☆▪.2 离散系统状态空间 现在考虑传递过程中的时间常数◁☆…☆,其被采样周期 1s 离散化●□◇△=▼，通过测量 来
PID 调节器的控制作用有以下几点▼△:1…▪、比例系数 直接决定控制作用的强弱▲■◇★◇•,加 大可使系统的稳态误差减小▷○●◇•，提高系统的动态响应速度□★◁★▲-，但过大会使控制量振 荡甚至导致闭环系统不稳定◁◇○；２◆☆、在比例调节的基础上加上积分控制可以消除 系统的稳态误差-▲●,但是这将使系统的动态过程变慢○◆-●☆，而且过强的积分环节会使系 统的超调量增大○●,稳定性变坏▲▷•☆◆；３▪◁▲、微分控制作用是减少超调=•▽•●▪,克服振荡●◆◆□▼▽,使系统 趋于稳定▪•,加快系统的响应速度◁◇,减少调整时间■…☆◆=●，改善系统的动态性能=◇★=….不足之处 是放大噪声信号-▲◆•▪. 3•□▪★▲.2 烤箱的 PID 控制 在Ｓｉｍulink 中进行建模▼□▪--…,如图 7 所示•▷-：
对上述方程进行拉普拉斯变换▽•，得到根据 □▷●△●、 和系统参数的 的表达式◁□▲=： 由此△○，得到测量温度和烤箱机壳温度的关系如下◆•○： 综合这些方程□=•☆•□,采用函数方框图来表示这一完整的过程▷■▽□真的烤箱的温度控制分析完整，过程框图如图 3 所示…◇▪☆…：
-…□•、 ▽★=▪◆▲、 分别表示烤箱机壳-▼•△△◆、测量洞■▽-•△、烤箱外的温度=△▲•； 2■○•=.2 烤箱模型的等效电路图 烤箱的等效电路图如图 2 所示▪☆-•★:
3◁★▪▲☆•.１ PＩD 介绍 所谓 PID 控制规律◁○◇◆●,就是一种对偏差 ）进行比例■▽□◁▲○、积分和微分变换的控
2★•••.1 烤箱的结构组成 电烤箱一般是由箱体-△□、电热元件▪…▽…●、调温器-•★、定时器=▽◆•▪▽、功率调节开关等结构
图５=■。 测量电压 和控制电压 变化曲线图 由上图可知…★▷…▽,当过一段时间后◁•，测量电压 逐渐趋于恒定值▪•◆，但是与控制电 压 总有一段稳态误差△◆▼●△,无法达到理想的温度状态•△•…◆，因此●△■◆,需要对烤箱温度系统进
在测量洞中的热电偶测量•△◁•★，仪表放大器产生的电压 ▪▼◁▼-▽,来显示温度 ◇…•★-。现假设●•●， 在烤箱的温度范围内■☆,传感器和仪表放大器装置是线性的▪=-▽☆▲。烤箱简化模型如图 1 所示●△：
烤箱的离散状态控制模型是建立在反馈控制系统之上的◆…☆◁，而反馈控制系统 是基于反馈原理建立的自动控制系统••▽◇。所谓为反馈原理★★=△，即是根据系统输出变 化的信息来进行控制◆-，通过比较系统输出的行为与期望的输出行为之间的偏差◆□， 并消除偏差以此获得期望的系统性能◇▷…。在反馈控制系统之中●▲◇=○，存在由输入到输 出的信号前向通道●▲•△•○,和从输出端到输入端的信号反馈通道▽●▽■▷,二者组成了闭环回路▷□☆. 4▪◆。１ 烤箱的离散状态表示
图 2． 烤箱模型的等效电路图 2--▽☆•。3 烤箱的热力学系统方程 由以上的等效电路图=▼◁■■，构建如下热力学系统方程●○▪•：
测量电压 与控制电压 在稳定状态下是相等的☆•▽◆▷▲，由图 8 可以得知▷◆▪…●○，但是不足
比例控制项与微分龙8囯际△△◁○、积分控制项的不同组合可分别构成ＰD（比例微分)-▷★•△、 PI（比例积分)★…-★◇、PＩD（比例积分微分)等三种调节器•▲☆▽●★.PID 调节器通常用作串联 校正环节◆▷▪.
图 4△☆-. 烤箱系统模拟模型 经过 Siｍulink 仿真得到测量电压 和控制电压 的变化曲线 所示▪▽：
