2022年基于MATLAB的锅炉水温与流量串级控制系统的方案设计书.docx

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1、精品学习资源目录摘 要.1.Abstract .2.1 概述.3.1.1 过程掌握 31.2 串级掌握系统41.3 MA TLAB软件51.4 MCGS 组态软件72 PID 掌握器原理 .9.2.1 PID 掌握器简介92.2 PID 掌握系统102.3 PID 掌握参数的整定及方法102.3.1 PID 掌握参数的整定简介102.3.2 PID 掌握参数整定方法113 建立被控对象模型 .1 4.3.1 被控对象建模143.2 测量被控对象阶跃响应曲线153.3 求取被控对象传递函数164 掌握方案的设计及仿真 .2 14.1 设计掌握系统框图214.2 Simulink 掌握系统仿真22

2、4.3 仿真结果分析234.4 串级掌握与单回路掌握系统抗干扰性能仿真245 结论.2.8.致谢 2.9.参考文献3.0.附录：英语资料及译文 3.1.欢迎下载精品学习资源摘 要本设计针对锅炉温度掌握问题，综合应用过程掌握理论以及近年来兴起的仿真技术、运算机远程掌握、组态软件，设计了锅炉温度流量串级掌握系统；第一，通过试验法建立锅炉的数学模型，得到锅炉温度与进水流量之间的传递函数，通过对理论设计的掌握方案进行仿真，得到较好的响应曲线，为实际掌握系统的实现供应先决条件；其次，使用智能外表作为掌握器，组建现场外表过程掌握系统，通过参数整定，得到较好现场掌握成效；再次，实现积分分别的PID 掌握算法

3、；关键词： 水温 流量 串级掌握系统 PID 掌握 外表过程掌握系统运算机过程掌握系统欢迎下载精品学习资源AbstractThe purpose of this thesis is to design the liquid levels concatenation control system of the double capacitywater tank. This design makes fulluse of the automatic indicatortechnique the computer technique the communication technique and t

4、he automatic control technique in ordertorealize concatenation controlofwater tanks liquid.First,I carry out the analysis of the controlled objects model, and use the experimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I Design the concatenation control system and use the dyna

5、mic simulation techniqueto analyze the capability of control system. Afterwards, I design and set up the indicator process control system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator. Finally, I designand set up the long distance computer control system in virtue of the data

6、collection moduleMCGS soft and digitalPID controller ， accomplish control system experiment and analyze the outcome.欢迎下载精品学习资源1 概述1.1 过程掌握1. 工业过程掌握的进展简况自本世纪 30 岁月以来，相伴着自动掌握理论的日趋成熟，自动化技术不断地进展并获得了惊人的成就，在工业生产和科学进展中起着关键性的作用；过程掌握技术是自动化技 术的重要组成部分，普遍运用于石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材等工业部门；初期的过程掌握系统采纳基地式外表和部分单元组合外表，过程

7、掌握系统结构大多是单输入，单输出系统，过程掌握理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典掌握理论，以保持被控参数温度、液位、压力、流量的稳固和排除主要扰动为掌握目的过程；其后，串级掌握、比值掌握和前馈掌握等复杂过程掌握系统逐步应用于工业生产中，气动和电动单元组合外表也开头大量采纳，同时电子技术和运算机技术开头应用于过程掌握领域，实现了直接数字掌握（ DDC ）和设定值掌握（SPC）；之后，以最小二乘法为基础的系统辨识，以极大值和动态规划为主要方法的最优掌握 和以卡尔曼滤波理论为核心的正确估量所组成的现代掌握理论，开头应用于解决过程掌握 生产中的非线性，耦合性和时变性等问题，使得工业过程掌握有了更好的

8、理论基础；同时 新型的分布式掌握系统（DCS ）集运算机技术、掌握技术、通讯技术、故障诊断技术和图形显示技术为一体，使工业自动化进入掌握治理一体化的新模式；现今工业自动化己进入 运算机集成过程系统（CIPS）时代，并依靠人工智能，掌握理论和运筹学相结合的智能掌握技术向工厂综合自动化的方向进展；2. 过程运算机掌握系统现代化过程工业向着大型化和连续化的方向进展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产质量经济效益的要求，对生产的安全、牢靠性要求以及对生态环境爱护的要求却越来越高；不仅如此，生产的安全性和牢靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动掌握水平的重要指标；因此连续采纳常规的调剂外表（模拟式与数

9、字式）已经不能满意对现代化过程工业的掌握要求；由于运算机具有运算速度快精度高储备量大编程敏捷以及具有很强的通信才能等特点，目前以微处理器单片微处理器为核心的工业掌握几与数字调剂器 过程运算机设备，正逐步取代模拟调剂器，在过程掌握中得到特别广泛的作用；在掌握系统中引入运算机，可以充分利用运算机的运算规律判定和记忆等功能完成欢迎下载精品学习资源多种掌握任务和实现复杂掌握规律；在系统中，由于运算机只能处理数字信号，因而给定值和反馈量要先经过A/D转换器将其转换为数字量，才能输入运算机；当运算机接受了给定值和反馈量后，依照偏差值，按某种掌握规律（PID ）进行运算，运算结果再经D/A转换器，将数字信号

10、转换成模拟信号输出到执行机构，从而完成对系统的掌握作用；过程运算机掌握系统的组成包括硬件和软件（除了被控对象检测与执行装置外）；1. 过程运算机系统的硬件部分：（ 1）由中心处理器时钟电路内储备器构成的运算机主机是组成运算机掌握系统的核心部分，进行数据采集数据处理规律判定掌握量运算越限报警等，通过接口电 路向系统发出各种掌握命令，指挥系统安全牢靠的和谐工作；（ 2）包括各种掌握开关数字键功能键指示灯声讯器和数字显示器等的掌握台是人机对话的联系纽带，操作人员可以通过操作台向运算机输入和修改掌握参数，发出操 作命令；运算机向操作人员显示系统运行状态，发出报警信号；（ 3）通用外围设备包括打印机记录

11、仪图形显示器闪存等，它们用来显示储备打印记录各种数据；（ 4）I/O 接口和 I/O 通道是运算机主机与外部连接的桥梁；I/O 通道有模拟量通道和数字量通道；模拟量I/O 通道将有传感变送器得到的工业对象的生产过程参数（标准电信号）变换成二进制代码传送给运算机；同时将运算机输出的数字掌握量变换为掌握操作执行机构的模拟信号，实现对生产过程的掌握；2. 过程运算机系统的软件部分：（ 1）系统软件由运算机及过程掌握系统的制造厂商供应，用来治理运算机本身资源， 便利用户使用运算机；（ 2）应用程序由用户依据要解决的掌握问题而编写的各种程序（如各种数据采集滤波程序掌握量运算程序生产过程监控程序），应用软

12、件的优劣将影响到掌握系统的功能精度和效率；1.2 串级掌握系统串级掌握是在单回路PID 掌握的基础上进展起来的一种掌握技术；当PID 掌握应用于单回路掌握一个被控量时，其掌握结构简洁，掌握参数易于整定；但是，当系统中同时有几个因素影响同一个被控量时，假如只掌握其中一个因素，将难以满意系统的掌握性能；串级掌握针对上述情形，在原掌握回路中，增加一个或几个掌握内回路，用以掌握可能引起被控量变化的其它因素，从而有效地抑制了被控对象的时滞特性，提高了系统动态响应设定值 R欢迎下载精品学习资源的快速性；欢迎下载精品学习资源e1m1e2扰动扰动m2c2c1欢迎下载精品学习资源主调剂器副调剂器执行器副对象主对

13、象+-测 量 与 变 送器2测 量 与 变 送器1图 1.1 串级掌握系统框图本系统的串级掌握系统如图1.1 所示，采纳两套检测变送器和两个调剂器，前一个调剂器的输出作为后一个调剂器的设定，后一个调剂器的输出送往调剂阀；前一个调剂器称 为主调剂器，它所检测和掌握的变量称主变量（主被控参数），即工艺掌握指标；后一个 调剂器称为副调剂器，它所检测和掌握的变量称副变量（副被控参数），是为了稳固主变 量而引入的帮助变量；整个系统包括两个掌握回路，主回路和副回路；副回路由副变量检测变送、副调剂器、调剂阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调剂器、副调剂器、调剂阀、副过程和主过程构成；当扰动发生时，破

14、坏了稳固状态，调剂器进行工作；依据扰动施加点的位置不同，分情形进行分析：1）扰动作用于副回路2）扰动作用于主过程3）扰动同时作用于副回路和主过程；在串级掌握系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性；副调剂器具有“粗调 ”的作用，主调剂器具有“细调”的作用，从而使其掌握品质得到进一步提高；分析可以看到，串级掌握系统改善了过程的动态特性、提高了系统掌握质量、能快速克服进入副回路的二次扰动、提高了系统的工作频率、对负荷变化的适应性较强等；其主要工程应用场合有容量滞后较大的过程、纯时延较大的过程、扰动变化猛烈而且幅度大的过程 、参数相互关联的过程、非线性过程等

15、；在设计掌握系统的过程中，将利用到MA TLAB 软件和 MCGS 组态软件；以下将对它们的主要内容进行说明；1.3 MATLAB软件MATLAB软件是由美国MathWorks 公司开发的，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程运算软件，它广泛应用于自动掌握、数学运算、信号分析、运算机技术、图形欢迎下载精品学习资源图象处理、语音处理、汽车工业、生物医学工程和航天工业等各行各业，也是国内外高校和讨论部门进行很多科学讨论的重要工具；MATLAB最早发行于 1984 年，经过 10 余年的不断改进，现今已推出基于Windows 2000/xp 的 MATLAB 7.0版本；新的版本集中了日常数学

16、处理中的各种功能，包括高效的数值运算、矩阵运算、信号处理和图形生成等功能；在MA TLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值运算、图形绘制、输入输出、文件治理等各项操作；MA TLAB供应了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是复数矩阵，在生成矩阵对象时，不要求作明确的维数说明，使得工程应用变得更加快捷和便利；MATLAB系统由五个主要部分组成：(1) MATALB语言体系 MA TLAB是高层次的矩阵数组语言具有条件掌握、函数调用、数据结构、输入输出、面对对象等程序语言特性；利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法试验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程

17、序；(2) MATLAB工作环境 这是对 MATLAB供应应用户使用的治理功能的总称包括治理 工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、治理M 文件的各种工具；(3) 图形图像系统这是 MATLAB图形系统的基础，包括完成2D 和 3D 数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MA TLAB 命令，也包括用户对图形图像等对象进行特性掌握的低层MATLAB命令，以及开发 GUI 应用程序的各种工具；(4) MATLAB数学函数库 这是对 MA TLAB 使用的各种数学算法的总称包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法；(5) MATLAB应用程序接

18、口 API 这是 MATLAB为用户供应的一个函数库，使得用户能 够在 MATLAB环境中使用 c 程序或 FORTRAN 程序，包括从 MA TLAB 中调用于程序 动态链接 ，读写 MA T 文件的功能；MATLAB仍具有根强的功能扩展才能，与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具 箱，以完成一些特定的任务；MATLAB具有丰富的可用于掌握系统分析和设计的函数， MATLAB的掌握系统工具箱Control System Toolbox 供应对线性系统分析、设计和建模的各种算法； MA TLAB 的系统辨识工具箱（ System Identification Toolbox ）可以对掌握对象

19、的未知对象进行辨识和建模；MA TLAB 的仿真工具箱（ Simulink ）供应了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境；它用结构框图代替程序智能化地建立和运行仿真，适应线性、非线性系统；连续、离散及混合系统；单任务，多任务离散大事系统；欢迎下载精品学习资源1.4 MCGS组态软件运算机技术和网络技术的飞速进展，为工业自动化开创了宽阔的进展空间，用户可以便利快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采纳远程监控及诊断等先进技术，使系统更加安全牢靠，在这方面MCGS 工控组态软件发挥着重要的作用.MCGS Monitor and Control Generated System软件是一套几基

20、于Windows 平台的 32 位工控组态软件，集动画显示、流程掌握、数据采集、设备掌握与输出、网络数据传输、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备,广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、冶金、纺织、航天、建筑、材料、制冷、通讯、水处理、环保、智能楼宇、试验室等多种行业；MCGS 组态软件由 “ MCGS 组态环境 ”和“ MCGS运行环境 ”两个部分组成； MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 McgsSet.exe 支持，用户在 MCGS 组态环境中完成动画设计、设备连接、编写掌握流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为

21、 .mcg 的工程文件，又称为组态结果数据库，其与 MCGS 运行环境一起， 构成了用户应用系统，统称为 “工程 ”；MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序 McgsRun.exe 支持 ,以用户指定的方式运行 ,并进行各种处理 ,完成用户组态设计的目标和功能；利用 MCGS 软件组建工程的过程简介：(1) 工程工程系统分析：分析工程工程的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的掌握流程和测控对象的特点，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的；(2)

22、 工程立项搭建框架：主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期；经过此步操作， 即在 MCGS 组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架；(3) 设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和掌握，通常要在主控窗口内编制菜单；编制菜单分两步进行，第一步第一搭建菜单的框架，其次步再对各级菜单命令进行功能组态；在组态过程中，可依据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单；(4) 制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程；前一部分用户通过 MCGS 组态软件中供应

23、的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内组合成各欢迎下载精品学习资源种复杂的画面；后一部分就设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源；5编写掌握流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，挑选所需功能策略构件，构成各种功能模块，由这些模块实现各种人机交互操作；MCGS 仍为用户供应了编程用的功能构件，使用简洁的编程语言，编写工程掌握程序；(6) 完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等；(7) 编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查

24、动画显示和掌握流程是否正确；8连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置；此项操作在设备窗口内进行；9工程完工综合测试：最终测试工程各部分的工作情形，完成整个工程的组态工作，实施工程交接；欢迎下载精品学习资源2 PID 掌握器原理2.1 PID掌握器简介PID 掌握器可以便利地实施多种掌握算法，多年以来，在过程掌握中，按偏差的比例（ P）、积分（ I）和微分（ D）进行掌握的PID 掌握器（亦称PID 调剂器），是应用最为广泛的一种自动掌握器；它具有原理简洁，易于实现，适用面广，掌握参数相互独立，参数的选定比较简洁等优点；挑选系统

25、调剂规律的目的，是使调剂器与调剂对象能很好地匹配，使组成的掌握系统能满意工艺上所提出的动、静态性能指标的要求；1、比例（ P）调剂纯比例调剂器是一种最简洁的调剂器，它对掌握作用和扰动作用的响应都很快速；由于比例调剂只有一个参数，所以整定很便利；这种调剂器的主要缺点是使系统存在静态误差；2、积分（ I）调剂积分调剂器的突出特点是，只要被调量存在偏差，其输出的调剂作用便随时间不断加强，直到偏差为零；在被调量的偏差排除以后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零；但是，单纯的积分调剂动作过于缓慢，因而在改善静态精确度的同时，往往使调剂的动态品质变坏，过渡过程时间内延

26、长，甚至造成系统不稳固；因此在实际生产中，总是把比例作用的准时性和积分作用排除静差的优点结合起来，组成比例积分调剂器（简称PI 调剂器），其传递函数为GcS=Kp1+1/T1S3、微分（ D ）调剂微分调剂器能在偏差信号显现或变化的瞬时，立刻依据变化的趋势，产生剧烈的调剂作用，使偏差尽可能地排除在萌芽状态之中；但是单纯的微分调剂对静态偏差毫无抑制作用，因此不能单独使用，总要和比例或比例积分调剂规律结合起来，称为PD 调剂器和PID 调剂器；PD 调剂器由于有微分的作用，能增加系统的稳固度，比例系数的增加能加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分不能过大，以利于抗高频干扰；PD 调剂器的传

27、递函数为：GcS=Kp1+TDS欢迎下载精品学习资源PID 是常规调剂器中性能最好的一处调剂器；它将比例、积分、微分三种调剂规律结合在一起，既可达到快速灵敏，又可达到平稳精确，只要三项作用的强度协作适当，便可得到中意的调剂成效；它的传递函数为GcS=Kp1+1/T1S+ TDS2.2 PID掌握系统比例 P欢迎下载精品学习资源rt积分 I微分 D+被控对象+ct欢迎下载精品学习资源图 2.1 PID 掌握系统结构图PID 掌握器是一种线性掌握器，它依据给定值rt 与实际输出值ct 构成掌握偏差et ，即et=rt-ctt将偏差的比例 P、积分 I 、微分 D 通过线性组合构成掌握量，对过程对象

28、进行掌握，故称为 PID 掌握器；掌握规律为 :欢迎下载精品学习资源utK P et1etdtTdet 欢迎下载精品学习资源dT i 0dt欢迎下载精品学习资源或以传递函数形式表示：GsU sEskp11TisTds欢迎下载精品学习资源其中 K p 比例系数 , T i 积分时间常数T d 微分时间常数2.3 PID掌握参数的整定及方法2.3.1 PID 掌握参数的整定简介过程掌握器采纳的掌握器通常都有一个或多个需要调整的参数和调整这些参数的相应欢迎下载精品学习资源机构（如旋钮、开关）或相应设备；通过调整这些参数使掌握器特性与被控过程特性协作好，获得中意的系统静态与动态特性称为掌握器参数整定；

29、由于人们在参数调整中，总是力图达到正确的掌握成效，所以常称“正确整定 ”，相应的掌握器参数称为“正确参数整定”；衡量掌握器参数是否正确，需要规定一个明确的反应掌握系统质量的性能指标，一般分为稳态指标和动态指标；需要指出的是，不同生产过程对于掌握过程的品质要求不完全一样，因而对系统整定性能指标的挑选有较大的敏捷性；作为系统整定的性能指标，它应能综合反映系统掌握质量，同时又便于分析与运算；2.3.2 PID 掌握参数整定方法掌握器参数的整定方法很多，归纳起来可分为两大类，理论运算整定法与工程整定法；顾名思义，理论运算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据掌握理论，通过理论运算来求取 “正确整定参

30、数 ”；而工程整定法是依据工程体会，直接在过程掌握系统中进行的掌握器参数整定方法；由于无论是用解读法或试验法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性，因而理论运算所得到的整定参数值牢靠性不够高，在现场使用中仍需进行反复调整；相反工程整定法虽未必得到“正确整定参数 ”，但由于其不需知道过程的完整数学模型，使用者不需要具备理论运算所必需的掌握理论学问，因而简便、有用，易于被工程技术人员所接受并优先使用；下面将介绍本次设计中在现场调试调剂器参数时所采纳的一种整定方法，现场体会整定法；这种方法是人们在长期的工程实践中，从各种掌握规律对系统掌握质量的影响的定性分析中总结出来的一种行之有效，并且得到

31、广泛运用的工程整定方法；（ 1）体会法如将掌握系统液位、流量、温度和压力等参数来分类，就属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，无论是掌握器形式仍是所整定的参数均可相互参考；表2.1 为体会法整定参数的参考数据，在此基础上，对调剂器的参数作进一步修正；如需加微分作用，微分时间常数按 TD= （ 1/3 1/4） TD 运算；表 2-1 体会法整定参数（ %）T1minTDmin温度流量20 6040 1003 100.1 10.5 3压力30 700.4 3液位20 80系统参数欢迎下载精品学习资源（ 2）临界比例度法这种整定方法是在闭环情形下进行的；设T1= ， TD=0 ，使调剂器工作在纯

32、比例情形下，将比例度由大逐步变小，使系统的输出响应出现等幅振荡，如图2.2 所示；依据临界比例度 s和振荡周期 Ts，按表二所列的体会版式，求取调剂器的参考参数数值，这种整定方法是以得到 4：1 衰减为目标；图 2.2 具有周期 Ts 的等幅振荡图欢迎下载精品学习资源调剂器名称调剂器参数表 2-2 临界比例度法整定调剂器参数（ %） sT1 （ S）TD （ S）欢迎下载精品学习资源P2sPI2.26 sTs/1.2PID1.6 s0.5Ts0.125Ts（ 3）阻尼振荡法（衰减曲线法）在闭环系统中，先把调剂器设置为纯比例作用，然后把比例度由大逐步减小，加阶路扰动观看输出响应的衰减过程，直至显

33、现图2.3 所示的 4： 1 衰减过程为止；这时的比例度称为 4： 1 衰减比例度，用s表示之；相邻两波峰间的距离称4： 1 衰减周期 Ts；和 s，运用表三所示的体会公式，就可运算出调剂器预整定的参数值；欢迎下载精品学习资源图 2.3 4:1 衰减曲线法图表 2.3 阻尼振荡法运算公式调剂器参数（） IminTDmin调剂器名称PSPI1.2 s0.5TSPID0.8 s0.3TS0.1TS欢迎下载精品学习资源3 建立被控对象模型3.1 被控对象建模本系统以锅炉水温为主要掌握对象，以进水流量为帮助掌握对象；目的是在肯定加热功率下，掌握水温的恒定；其流程图如图3.1 所示：图 3.1 测量被控

34、对象阶跃响应流程图由温度传感器（主检测变送器）将温度信号转变为电信号与温度给定值相比较后送至主掌握器，主掌握器输出流量掌握值与流量变送器（副检测变送器）反馈回来的进水流量信号相比较后输入流量调剂器（副掌握器），由流量调剂器掌握调剂阀的开度来掌握进水流量，由此来对锅炉水温进行定值掌握；其系统框图如图3.2 所示：图 3.2 锅炉水温与流量串级掌握系统框图欢迎下载精品学习资源温度给定值e1主掌握器-m+1e2流量调剂器-流量扰动m2调剂阀流量温度扰动c2水温温度输出值欢迎下载精品学习资源流量变送器水温传感器在掌握系统设计工作中，需要针对被控过程中的合适对象建立数学模型；被控对象的数学模型是设计过程

35、掌握系统、确定掌握方案、分析质量指标、整定调剂器参数等的重要欢迎下载精品学习资源依据；被控对象的数学模型（动态特性）是指过程在各输入量（包括掌握量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式；在水温 -流量串级掌握系统中，我们所关怀的是如何在肯定的电热功率下掌握好水温的恒定；进水流量是系统的被控对象，必需通过测定和运算他们模型，来分析系统的稳态性能、动态特性，为其他的设计工作供应依据；3.2 测量被控对象阶跃响应曲线在本设计中通过试验建模的方法，分别测定被控对象温度和流量在输入阶跃信号后的响应曲线和相关参数；在测定模型参数中可以通过以下两种方法掌握调剂阀，对被控对象施加阶跃

36、信号：1 通过智能调剂外表转变调剂阀开度，实现对被控对象的阶跃信号输入；2 通过在 MCGS 监控软件组建人机对话窗口，转变调剂阀开度,实现对被控对象的阶跃信号输入，本次试验采纳后者；阶跃输入信号供水掌握进水量阶跃响应输出电 动 磁 力电动调剂阀温度图 3.3 水温 -流量模型测定原理图编写程序如下： 流量 pv=pv1温度 pv=pt/ 测量值显示输出If set=0 then Output=6Endif/ set 为 0 时输出 6mA 电流给调剂阀If set=1 then Output=8Endif/ set 为 1 时输出 8mA 电流给调剂阀其中 set为外部输入信号，可由按钮设定

37、，Output 为输出信号，大小即为输出电流值，单位mA ；电动调剂阀输入信号范畴为4 20mA 电流信号；这样就可以实现电动调剂阀阶跃信号给定； 6mA 电流对应电动调剂阀开度为（6-4） /（ 20-4） =12.5%；8mA 电流就对应（ 8- 4 ） /（ 20-4 ） =25% 的开度；阶跃前后流量测量值分别为6.5 和 10.2 ；阶跃值为10.2-欢迎下载精品学习资源6.5=3.7 ；实际测得阶跃如图3.4：图 3.4 试验测得阶越响应曲线从阶跃时刻起以 20s 为采样周期，采得温度数据序列如下：33.71 33.34 32.87 32.90 32.12 32.01 31.76

38、31.56 31.80 31.32 31.69 31.53 31.16 31.20 30.9831.09 30.57 30.91 30.90 30.58 30.32 30.33 30.25 30.25 30.24 30.48 30.10 30.16 29.85 30.3130.09当给出阶跃信号后，温度响应曲线逐步下降至稳固，为符合一般习惯，便利处理，将数据以第一次采样值为标准，转换为逐步上升至稳固的曲线；转换方法y=33.71-x ；式中 y为处理后数据， x 为处理前数据；得到如下数据序列：0 0.37 0.84 0.81 1.59 1.70 1.95 2.15 1.91 2.39 2.0

39、2 2.18 2.55 2.51 2.73 2.62 3.14 2.80 2.81 3.103.39 3.38 3.46 3.46 3.47 3.43 3.61 3.55 3.86 3.40 3.62另外由试验测得给定阀的开度分别为12.5、25、 40、 80 时对应传感器测得流量值为6.5、10.2、14.6、26.2；3.3 求取被控对象传递函数由于试验测定数据可能存在误差，直接使用运算法求解水箱模型会使误差增大；所以 使用 MATLAB软件对试验数据进行处理，依据最小二乘法原理和试验数据对响应曲线进行正确拟合后，再运算水箱模型；试验数据中将阶跃响应初始点的值作为 Y 轴坐标零点，后面的

40、数据依次减去初始值处理，作为 Y 轴上的各阶跃响应数据点；将对应 Y 轴上阶跃响应数据点的采集时间作为曲线上各 X 点的值；欢迎下载精品学习资源在 MA TLAB的命令窗口输入曲线拟合指令： x=0:20:600 ； y=0 0.37 0.84 0.81 1.59 1.70 1.95 2.15 1.91 2.39 2.02 2.18 2.55 2.51 2.73 2.62 3.142.80 2.81 3.10 3.39 3.38 3.46 3.46 3.47 3.43 3.61 3.55 3.86 3.40 3.62 ； p=polyfitx,y,4 ； xi=0:20:600 ； yi=po

41、lyvalp,xi； plotx,y,xi,yi在 MA TLAB中绘出曲线如下：图 3.5 流量阶跃响应拟合曲线如下列图，利用四阶多项式近似拟合上水箱的响应曲线，得到多项式的表达式：Pt-1.5723e-10t4+2.0754e-7t3-9.8826e-5t2+0.024429t-0.030998其 中 ， t 的 一 次 项 的 系 数 为 0.024429 ， 即 函 数 在 零 点 处 t =0 的 切 线 斜 率 为k =0.024429 ；再利用切线法，算出传递函数:欢迎下载精品学习资源Ky0x0y03.50 3.70.95欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Ty0ky 03.50.024429143.27欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源K 0 为传递函数的放大系数， 为 3.7， k 为零点处的斜率；y 为稳固值， y0 为初值，x0 为阶跃的扰动值，大小欢迎下载精品学习资源运算结果开环传递函数：G2 sK 0T0s10.95143.27s1欢迎下载精品学习资源由试验测得给定阀的开度分别为12.5、25、40、80 时对应传感器测得流量值为6.5、10.2、14.6、 26.2，综合仿真成效选用1 次函数拟合阀的流量特性，以下为拟合程序：x=12.5 25 40 80y=6.5 10.2 14.6