固体界面传热自动测量系统软件 毕业论文 - 图文(6)

上海第二工业大学本科毕业设计（论文）

4.程序编辑及仿真运行

4.1步进电机模型的搭建及仿真运行

在模型的搭载过程中，根据实际中dSPACE的CP1103连接的为步进电机驱动器，通过控制步进电机驱动器输入的脉冲频率来控制步进电机的转速大小，通过控制输入端电平的高低来控制步进电机的方向。搭载了如下模型，本模型中全部应用方框图，不涉及步进电机的传递函数编辑等问题。通过方框图，节省了大量的时间。

图4-1 压力控制Simulink仿真模型

在本方框中，Simulink的subsystem，为自己编辑的频率受控的正弦波函数，其内容见图4-2。

另外，因为实际中控制变量为压力，而压力由温度传感器产生，这一压力传感器函数传递的框图模型目前已经突破本人能力，所以在这里我们用步进电机的旋转角度来演示压力控制。实践证明，这个仿真系统和直接控制压力的系统互通性非常好，并不影响实际效果。

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图4-2 子系统subsystem的方框图

现在将Simulink模型进行仿真运行，在运行中分别设置给定为100，-50，通过虚拟仪表进行实验观察以及数据记录。进程见4-3到4-5。

图4-3 给定为100时，系统的响应

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图4-4 给定为-50时，系统的响应

图4-5 给定为100时，系统的响应

仿真说明以及仿真中发现的问题:

在前面部分已经提过，用步进电机所旋转的角度来代表压力。给定正的值，来代表测量系统的压力增加，给定负的值，来代表系统的压力减小。通过仿真发现，系统的动态性能并不是很好，经过理论分析得知：步进电机本质上是数字离散电机，直接接受数字量，将电脉冲信号转变成位移信号，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。步进电机内部各控制变量高度非线性且相互耦合，而传统PID控制是以精确数学模型为基础的，无法有效应对系统的不确定信息。用不变的PID参数不可能达到较好的控制结果。

模糊控制不需要对象的精确数学模型，对系统变化不敏感，鲁棒性好，抗干扰性强。但是由于它的模糊性，稳态精度不好。对于这种情况，可以把模糊控制

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和PID控制结合起来来完善这个步进电机伺服系统。但是由于时间的原因，本毕业设计中暂不设计和使用模糊PID算法，希望后来者能够在控制算法上完善这一系统。

4.2温度控制系统的搭建及仿真

实验中温度控制仿真系统的原理框图见图4-6。系统的传递函数为：

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式中：T为过程时间常数，K为调节系统总的放大倍数，为系统的纯滞后时间。 这三个值需要在实验中进行测定，在这里我们使用飞升曲线法。

给定+_加热器（电阻丝）控制器D/A受控电流源A/D放大器温度传感器 图4-6 温度控制系统的原理框图

经过试验，我们得出在实验条件下，k为0.181，T为60，为20。将参数设定好之后的框图见图4-7。图4-8对Simulink模型进行仿真运行的记录。

图4-7 通过Simulink的温度控制仿真

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图4-8 设定为100时的阶跃响应

我们所用的电阻丝加热器加热系统，具有纯滞后和大惯性的特点：随着延迟时间的增大，控制系统滞后也相应增大，控制系统不能及时反映系统所受扰动。误差控制调节器的作用也需要延迟一定时间才能作用到被控制的对象，因此常规的PID算法不能很好的满足系统的静态和动态性能指标，在跟踪设定值与抑制扰动之间存在矛盾。并且常规的PID控制，容易出现以时间常数为间隔的微弱震荡。文献显示，采用Smith预估结合PID算法，使延迟的被控制量提前反应到调节器，并使之动作，可以较好的满足温度控制系统的动态性能和稳态精度要求。同样，由于时间原因以及所做实验的精度要求，这里使用常规的PID算法，希望后续研究者能够采取上述算法或者更好的方法，使温度控制系统更加完善。

4.3 dSPACE系统软硬件的操作过程

通过Matlab的命令窗口，在打开时，我们选择了此次实验的半实物仿真单板系统，DS1105，通过输入RTI,打开dSPACE的接口库，在里面我们选择实验所用的I/O借口，其他部分利用前面用SIMULINK搭好的模型。搭建好之后，打开simulation，进行相应的设置，然后，点击“build”即可将框图转为c代码。

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