过程控制系统课程设计报告

题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：

温度控制系统设计

一、设计任务

设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。

二、预期实现目标

通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。

三、设计方案

（一）系统数学模型的建立

要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。

在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。

经过试验，得到下表所示的时间-温度表：

表1 采样时间和对应的温度值

采样时间t 温度值℃ 采样时间t 温度值℃ 1 19 8 64 2 21 9 72 3 28 10 79 4 36 11 86 5 43 12 93 6 50 13 98 7 57

以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线：

图1 时间-温度曲线

采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。

从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用

ke??sG(s)?Ts?1

（式中：k为放大系数；T为过程时间常数；?为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k的求法：k可以用下式求得：

k?y(?)?y(0)x（x：输入的阶跃信号幅值）