第9章自動控制系統(tǒng)設計實例9.1引言9.2溫度控制器的設計與實現(xiàn)9.3倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)9.4小結9.1引言 通過前面章節(jié)的學習，我們已經了解并掌握了自動控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理、分析與設計的基本方法，在石油化工、發(fā)電廠、冶金行業(yè)中自動控制應用的案例很多。這里，主要通過兩個自動控制系統(tǒng)的設計案例，即溫度控制器和倒立擺控制系統(tǒng)的設計，更好地學習自動控制原理在實踐中的應用，激發(fā)學生的實踐創(chuàng)新與創(chuàng)造精神，達到理論與實踐的完美結合。9.2溫度控制器的設計與實現(xiàn)

在工業(yè)生產過程及日常生活中，溫度是一種常用且需要控制的參數(shù)。在冶金、化工等諸多領域中，人們均需要對各類加熱爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。此外，各類家用電器，包括空調、熱水器、烤箱等。可以說，任何物理變化和化學變化的過程都與溫度密切相關，溫度的檢測和控制廣泛應用于社會生活的各個方面，也是實現(xiàn)生產過程自動化的重要任務之一。

本設計選用當前工業(yè)控制領域中常用的熱電阻(Pt100)、熱電偶和數(shù)字式半導體溫度傳感器(DS18B20)作為溫度感知元件，并分別設計溫度測量和信號調理電路，選用市場上常見的開水煲制成的簡易微型電阻爐作為被控過程，完成多種控制算法(包括常規(guī)PID控制、增量式PID控制、不完全微分型PID）。此外，在實現(xiàn)基本控制目標的前提下，本設計還自定義了無線通信協(xié)議，編寫了友好人機交互界面，借助無線通信模塊實現(xiàn)控制器參數(shù)實時改變，控制過程實時監(jiān)控的功能等，發(fā)展成為可用于控制理論教學實踐的典型實驗平臺。小結

本章主要結合對自動控制原理的學習，以溫度控制和倒立擺控制作為兩種典型控制系統(tǒng)設計，進一步驗證了PID和LQR控制算法在實際控制系統(tǒng)中的應用，對溫度控制可通過人工設定或自整定PID控制器的參數(shù)對系統(tǒng)進行控制，該方法適用性強。

對本身是一個多變量、不穩(wěn)定、復雜的非線性倒立擺系統(tǒng)，可利用現(xiàn)代控制理論實現(xiàn)其穩(wěn)定性控制。

本章對倒立擺控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)算法采用狀態(tài)反饋的極點配置法和LQR最優(yōu)控制方法進行。為了便于讀者自行設計系統(tǒng)，這里的兩種典型控制系統(tǒng)案例均采用相同的控制芯片，并創(chuàng)新性地加入無線通信協(xié)議和人機交互界面，實現(xiàn)由計算機實時傳輸控制參數(shù)和實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)的功能。此外倒立擺系統(tǒng)還創(chuàng)新性地設計實現(xiàn)