电加热炉的炉温控制系统

电加热炉的炉温控制系统姓名：尚妮妮班级：02020802学号：2008300575摘要：自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，电炉温度控制是控制系统中最为常见的控制类型Z -O本文利用方框图分析以及MATLAB仿真传递函数设计一个电炉温度控制系统。并且还运用了线性化方法对微分方程在平衡点处进行线性 化处理关键字：炉温控制线性化 模拟仿真一、 引言温度是工业对象中主要的被控参数在冶金.机械、食品、化工各类企业屮广 泛使用的齐种加热炉、热处理炉、反应炉等，对产品的加工、处理温度都要求严格控制, 因为温度的控制直接影响到产品的产张 质最。并H现代控制系统技术指标的人幅度提 高，满足了许多应用者对丁温度控制精度的要求。二.研究对象工作过程和要求描述1、工作过程系统控制的目的是是保持电炉内温度恒定，于是确定被控量为电炉内温度T,给定量为给定电位计的给定电压叫。其中，给定电位计是给定元件，输出代表炉内希塑温度的电压信号叫热电偶为测 疑尤件，感受炉内实际温度t,给出相应的电压信号匚，比较尤件的功能由连接给定电 位计和热电偶的出联电路实现，提供偏差信号A】。放人器承担放人信号的功能。电动 机、齿轮系、测速发电机和电炉共同组成了执行元件，对电炉温度进行调解。系统方框图如F：I给定温度I电炉的实际温度2. 要求控制电炉内的温度尽量保持恒定状态匚产生偏差电压后执行九件反应 尽町能快，调整温度过程尽量平稳，保证温度的电压信号偏差保持在正负0 2v范创内 为理想控制状态。3、控制系统控制过程分析：当经电热器加热的电炉实际温度T与给定电位计电压Ur表征的希望温度一致时， 热电偶输出电压5和*相等，偏差电ffiAu = u_lVr.此时电动机电枢电压为0,电 动机不转动，系统相对平衡，炉温保持在希塑值上。当炉温因扰动岀现偏差，比如炉温 低于希里值时，50.偏差电压经放人后，驱动电动机正向旋转，带动齿轮 系减速并进一步控制测速发电机改变加热电炉两端的电压，使炉内温度升高，趙丁希塑 值。当实际炉温高于希望值时，Au I；+T)s + 1“ 丿/ /、1+G(s)叭2 + (丽+ 1；工+耳) +(几+乙+小+ (1+昭彷根据0.2v的电压信号偏差调节范|乩 可确定出开环传递函数为G0(s)=(2s + l)(3s + l)(s + l)取其中的二o. 6, J二2,皿二o. 5, Kt=2, T二3,K 二6, E 二1。i、7.2-(s + l)e(s)=.-则同理可知，闭环传递函数为6S +US +6S + &2五、 MATLAB仿真图25oxXjacran六、控制系统的性能分析1） 稳态性能分析1、稳态误差分析由系统开环传递函数可知静态误差系数：-0,A 0139因此稳态误差为 卩，在前面要求的0.2v的电压信号偏差范闱内，故此系统nvfft好的稳态性能2、控制系统的开环函数根轨迹分析q （ S）=由开环传递函数为（2S4-1）（3S + 1）（S + 1）得被控对彖的极点为P1 = 1, p厂-0.5, P3 = -0.333；零点为无穷远处。且当开环增益从零变到无穷过程中到达 某一特定值时，根轨迹可能会会穿越虚轴进入右半s平面，|月此该系统対部分开环增益 值是稳定的。3、频域稳定性分析h = 21幅值域度：如波特图所示，系统的幅值域度lG(j)-H(j)l,相角域7 = 180*+Z(G 仃方)H(j方度为/I U丿 2 可见，系统在频域范用内的稳定性也是良好。故系统的稳态性能相对校好。2) 动态性能分析如仿真图所示，系统稳态值：h(s) = 0.876上升时间：_=l53s；峰值时间：yzis：调节时间： 34s；o%= h(tJ；h(CO)xl00%= 1 732- 876x100%=93.6%超调量:Ms)0 876:综合以上各项动态指标分析町知，调节反应时间足够灵活，峰值很快到达，故系统 动态性能良好。综上所述，本控制系统设计各项性能指标相当好，符合控制所需婆求。实现准确快 速并J1平稳的调节控制电加热的炉温使其保持尽屋恒定状态。七、模型分析及推广本文为简单起见，取的系数趙向理想化，但对系统性能分析并无明显影响。由以上 控制系统模型的分析和控制思想，町以将其推广到一般家庭小型电炉子的炉温或者工厂 大型电加热炉的炉温恒温控制系统应用中，联系广泛，具有很重要实际意义。