2022年自动化仪表及过程控制系统课程答辩 .pdf

个人资料整理仅限学习使用1、15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出a）、b）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。a）图：给定调节过程： 选择炉膛温度作为主控参数构成主回路，燃料油压力作为副控参数构成副回路。副回路根据燃料油压力的变化起着对炉口温度的粗调作用，主回路根据炉温的变化起着细调作用。b）图FS）给定调节过程： 通过对炉温的检测控制燃料油阀门的开度，构成反馈控制。通过对燃料油压力的检测控制其阀门开度，构成前馈环节，在扰动出现之前进行控制。特点分析： 串级控制系统使被控过程的时间常数减小，改善了系统的动态性能。前馈-反馈控制能及时消除扰动对被控量的影响，但前馈控制只适合用来克服可测不可控的扰动。2、20 分） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 h(mm 0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T 和，并根据这些参TC FC 调节阀AOJIE燃料油炉温FT 温度测量变送器温度测量变送器FT TC 燃料油炉温孔板开方器开方器孔板精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用数整定 PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。在 MATLAB中可得其阶跃响应曲线如下：取T1=18, T2=26. T0=2*(T2-T1=16 ，K=63 =, =3.3* 在 PID 调节器中， PI 调节表示为： (s=(1+=1.454+*0.4466 在 simulink 中，设置为1.454，=0.446，=0，去下图所示：经过小范围修改PI 参数后，可得其响应曲线为：3、20 分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数12,ooGG分别为：010203040506070809010001234567精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用11( )(301)oGss，221( )(101)(1)oGsss，其中有一个10s 的传输延迟，其传递函数为10( )sdGse。当延迟环节分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID 控制器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。当延迟环节放在主回路时，在simulink 中建立如图所示的控制回路第一步，主回路开环，先整定副回路如下图所示按单回路方法整定副控制器，不断的实验，当Kc2=8 时，控制曲线如下：从下图中可知，此时的衰减比约为4：1。第二步，主回路闭合，整定主回路。副控制的参数为Kc2=8 ，调节主控制器参数，当Kc1=2.4 时，阶跃响应如下图所示：Ts1=45s。010203040506070809010000.20.40.60.811.21.4精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用此时第三步，在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，根据衰减曲线法取Kc1=8 ，Kc2=2.4，系统阶跃响应曲线如下图：第四步，反复实验，当Kc1=2.5 ，TI=0.02 ，Kc2=8.2 时，图形较为理想同理可得当延迟环节在副回路时：Kc1=0.43 ，Kc2=3.5 ，TI=0.15 ，得到下图所示的曲线：扰动分析：由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，能大大减小二次扰动的影响，提高控制质量。02040608010012014016018020000.10.20.30.40.50.60.70.80.91010203040506070809010000.20.40.60.811.21.4010203040506070809010000.20.40.60.811.21.402040608010012014016018020000.20.40.60.811.21.4精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用4、20 分）如图是一种带)(sGf的 Smith 预估补偿控制系统。试导出系统对干扰)(1sD和)(2sD实现完全补偿的条件。)(sGd为抗干扰反馈控制器，)(sGf为测量反馈控制器，)(sGc为主控制器，)(sGp为被控对象线性部分的传递函数。4、令 Rs）=0, S）=0，根据梅逊公式可得：= 令=0，可得 = Rs）=0, 温度流量解耦控制系统的设计与仿真已知被控对象传递函数为：111221221111( ),( ),( ),( )10151141WsWsWsWsssss，控制器传递函数为1122( )1,( )1NsNs, 采用对角阵解耦法来做。1）确定解耦控制器的另外两个控制器传递函数1221( ),( )Ns Ns2）画出温度流量解耦控制系统的系统方框图3）画出无解耦控制器的控制系统的系统方框图4）用 Matlab 的 simulink画出上述两个系统5）选 PID 调节器的参数使解耦控制系统的控制性能较好，并画出系统的单位阶跃响应曲线6）观察无解耦控制器时控制系统的耦合现象和有解耦控制器时控制系统的无耦合现象，并说明原因。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用5、(1根据对角阵解耦设计要求可得。=,则解之得：,= (2、温度流量解耦控制系统的系统方框图如下 + + + + + + _ + (3）无解耦控制器的控制系统的系统方框图如下： + + + + + + _ + (4）用 Matlab 的 simulink 画出上述两个系统如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用解耦控制系统框图无解耦控制系统框图5）、取 Kp=40, 有解耦控制时其阶跃响应如下图012345678910-2-1.5-1-0.500.511.52精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用无解耦控制时其阶跃响应如下图6）、现象及原因分析有解耦解耦网络每相输出只受相应输入的影响，两输入之间没有联系。不带解耦网络每一输出都受到两个输入的影响。原因分析： (S+(S(S(S ，带入各参数可得，对被控量Y2(s没有影响。实现解耦过程。同理可证， Uc2(s 与 Y1(s之间也已解除耦合，即调节量Uc2(s对被控量Y1(s没有影响，故该系统已实现解耦。012345678910-2-1.5-1-0.500.511.52精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页