自动控制原理课程设计报告
（2012—2013学年 第一学期）
题 目 基于Matlab的PID温度控制系统
系 别 电子与电气工程系 专 业 电子信息工程 班 级 0820311
学 号 （9位数字的学号：082031101） 姓 名 指导教师 完成时间 评定成绩
目 录
一、 二、 三、 四、 五、 六、
设计的目的 .................................................... 3 设计的内容与要求 .............................................. 3 设计方案 ...................................................... 6 软件、硬件设计 ................................................ 6 设计总结 ...................................................... 6 参考文献 ...................................................... 6
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一、 设计的目的
根据已掌握的《自动控制原理》课程知识，完成课程设计要求的项目。能够应用MATLAB的控制系统工具箱以及SIMULINK的仿真功能，对《自动控制原理》课程所学的内容进行深层次的分析和研究；能运用MATLAB平台设计控制系统的控制器参数，以满足规定的性能指标，解决好自动控制的理论问题。
通过基本设计技能的训练，掌握自动控制的基本概念，建立控制系统的数学模型，利用数学模型对系统控制器的方案和所需参数进行设计，并分析控制系统理论设计的性能指标；掌握系统的设计与校正方法等各方面的知识，对于全面、系统、深入地理解与掌握自动控制原理具有重要的教学意义；培养应用系统设计的能力，以及分析问题和解决问题的方法，进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。
课程设计的教学目的：
1、掌握：控制系统的建模方法、线性系统的时域分析法、频域分析法、线性系统的设计； 2、理解：控制系统的基本要求、控制系统数学模型的物理意义、系统控制的参数设计和性能分析。
二、 设计的内容与要求
基础设计：在CCS中运行调试程序代码，输出正弦信号波形，并使用CCS的图像显示窗口，实时显示输出的正弦波。（50分）
已知，在某温度控制系统中，通过实验方法获得被控对象的传递函数为：
9.1e?190s
GO?s??2510s?1利用MATLAB软件，构建该温度控制系统模型，并设计一PID控制器，使该温度控制系统在单位阶跃信号作用下达到以下性能指标要求：
1）、上升时间：tr<500s 2）、超调量：?%<50%
3）、调节时间（?5%的误差带）：ts<2500s 4）、稳态误差：ess=0
（二）、具体设计步骤，要求如下：
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1) 绘制被控制对象GO?s?的单位阶跃响应，分析无PID控制器时的性能指标（tr，?%，ts，
ess）。
2) 绘制GO?s?的伯德（bode）图，并计算出剪切频率、增益裕量、相位穿越频率、相位裕量。 3) 画出PID温度控制系统的结构框图，选择PID控制器传递函数GPID?s?的形式。
图 1 PID温度控制系统的结构框图
4) 设计PID参数（可采用频率法或经验法），写出参数设计依据和计算过程。 5) 推导采用PID控制器后整个闭环温度控制系统的传递函数G?s?，绘制开环系统
GK?s??GPID?s??GO?s?的伯德（bode）图并计算出剪切频率、增益裕量、相位穿越频率、相位裕量。
6) 绘制闭环控制系统G?s?的单位阶跃响应，分析在PID控制器作用下的性能指标（tr，?%，
ts，ess）。
7) 使用MATLAB中的SIMULINK软件包，构建该PID温度控制系统的模型，并直观显示给
定输入为单位阶跃信号作用下，系统的时域响应曲线。（参考模型如下图）
图 2 PID温度控制系统的SIMULINK模型
8) 整理以上设计过程，撰写《基于Matlab的PID温度控制系统课程设计报告》
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三、 设计方案
描述所采用的设计思路。
四、 PID参数设计与SIMULINK建模
撰写PID参数（可采用频率法或经验法）设计依据和计算过程；SIMULINK模型的建立过程。
五、 设计总结
分析、总结设计项目的实验结果、设计过程中出现的问题和相应的解决措施或技巧。总结在此次课程设计环节中的设计经验、收获和体会。
六、 参考文献
[1]. 自动控制原理，张建民主编，北京:高等教育出版社，2010年6月第 1 版。 [2]. 自动控制原理，胡寿松主编，北京:科学出版社，2001年第4版；
[3]. 新编自动控制原理题解，胡寿松主编，北京:高等教育出版社，2004年第4版； [4]. 控制系统仿真与计算机辅助设计，薛定宇，机械工业出版社，2005年1月 [5]. 控制系统数字仿真与CAD (第二版)，张晓华，机械工业出版社，2006年5月 [6]. 控制系统的数字仿真与计算机辅助设计，钱积新等，化学工业出版社，2003年5月
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[7]. 基于MATLAB的系统分析与设计—控制系统，楼顺天等，西安电子科技大学出版社 [8]. MATLAB与控制系统仿真实践，赵广元，北京航空航天大学出版社 [9].
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Matlab《自动控制原理课程设计》
