课 程 设 计 报 告
题 目 温度控制系统MATLAB仿真 (题目C)
过程控制课程设计任务书
题目C：温度控制系统MATLAB仿真
系统概况：
设置温度控制系统方块图如图所示：
图中Gc(s)、G(s)、G(s)、G(s)、它们分别是调节器、执行器、过程对象和温度变送器的传输函数动温度变送器的测量范围（范围）为50~100OC、4~20输出信号mA。Gf(s)传递干扰通道的函数。
二、系统参数
要求：
1别建立模拟结构图，进行以下模拟，并找出主要性能指标：
(1)控制器分别为比例控制δ=10%、20%、50%、100%、200%时，系统广义对象输出z(t)过渡过程；
(2)控制器为比例积分控制，其比例度δ=20%，积分时间分别为TI＝1min、3min、5min、10min时，z(t)过渡过程；
(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ=10%，积分时间TI＝5min，微分时间TD = 0.2min时，z(t)过渡过程。
2.分析比较上述模拟结果，得出结论。
3.写设计报告。
注：调节器比例带δ的说明
常规比例控制输出p(t)输入偏差信号e(t)关系是
式中，Kc比例系数称为控制器。
比例度一般用于过程控制仪表δ表示比例控制的强度。δ定义为
式中，(zmax-zmin)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(pmax-pmin)为控制器输出信号的变化范围。
这时δ 与Kc 即：
但如果调节器的输入和输出不是相同性质的信号，则系数K≠1.根据量程和输出信号范围计算。
例:在温度系统中，调节器为电动比例调节器，电动变送器测量范围为40~150 OC，输出为4～20mA，若选择比例度δ =10%，询问比例调节器的比例系数Kc为多少？
解：
仿真过程
一、控制器为比例控制P
比例控制器：
其传递关系如下：
控制器的传输函数为：
仿真结构图的纯比例控制如下：
(1)当比例为δ＝10％
即仿真图中Kc为3.2.给定值和阶跃扰动分别设置为80和10
有一个模拟系统的广义对象输出z(t)的过渡过程如图：
其主要性能指标如下：
上升时间tr=2.4min;
峰值时间tp=3.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=3；
稳态误差=10OC
(2)比例为δ＝20％
，将仿真图中Kc参数改为1.6.模拟系统广义对象输出z(t)过渡过程如下图所示：
主要性能指标如下：
上升时间tr=3min;
峰值时间tp=4min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=5OC
(3)比例为δ＝50％
，将图1中的K参数改为0.64可以模拟系统广义对象的输出z(t)过渡过程如下图所示：
主要性能指标如下：
上升时间tr=4.2min;
峰值时间tp=5min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=1；
稳态误差=-5OC
(4)比例为δ＝100％
，将图1中的K参数改为0.32可以模拟系统广义对象的输出z(t)过渡过程如下图所示：
图中可知的比例度为δ=100%时，最大值小于80，不能满足系统要求的稳定范围
(5)比例为δ＝200％
，将图1中的K参数改为0.16可以模拟系统广义对象的输出z(t)过渡过程如下图所示：
图中可知的比例度为δ=200%时，最大值也小于80，不能满足系统要求的稳定范围。
二、控制器为比例积分控制PI
其传递关系如下：
控制器的传输函数为：
建立比例积分模拟结构图如下：
(1)比例度δ=20%，积分时间为TI＝1min
比例系数为1.6，仿真得系统广义对象输出z(t)过渡过程如下图所示：
由于系统发散，不稳定，各项指标毫无意义
(2)比例度δ=20%，积分时间为TI＝3min
把仿真图中PI控制器改为， 仿真系统广义对象输出z(t)的过渡过程如下图：
主要性能指标如下：
上升时间tr=2.7min;
峰值时间tp=4.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=20OC
(3)比例度δ=20%，积分时间为TI＝5min
把仿真图中PI控制器改为模拟系统广义对象输出z(t)过渡过程如下图所示：
主要性能指标如下：
上升时间tr=2.7min;
峰值时间tp=4.2min；
最大超调量；
过渡时间ts=10min;
震荡次数N=2；
稳态误差=10OC
(4) 比例度δ=20%，积分时间为T