2022年2022年过程控制系统的MATLAB实验 .pdf

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1、过程控制系统的MATLAB实验 用 MATLAB 中的 simulink模块构建控制系统1、建立系统数学模型给系统加入一个输入（单位阶跃）扰动，测量其输出变化曲线。32343238510781ssssessss按照反应曲线法 （书中 77 页、33 页）确定对应于输出曲线的传递函数。Ko=5/1=5 tao=3 y=5*.0632=3.16 对应横坐标 T+tao=8.461 To=5.461 Go(s)=5e-3s/5.461s+1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

2、1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2、建立一个简单控制系统， 测量控制系统的过渡过程及品质指标学会使用 simulink 模块，根据要求能够建立仿真系统并进行系统仿真。设一流量控制系统如图所示，对象的传递函数为：5(1)(2)ss。采用 PID 控制器。、试建立 simulik 仿真系统进行仿真；（画出控制系统框图）FC FT 图 1. 流量控制系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - 、采用

3、 P控制器、比例作用（ proportional）为 10;C=0.96 第一峰值 =1.446 第二峰值 =1.089 B=1.446-0.96= B=1.089-0.96 衰减比 n=B/B 超调亮 =B/C 余差 e=r-C=1-0.96 过渡过程时间 Ts=4.6s 、采用 PI 控制器、比例作用（ proportional）为 10, 积分作用（integral）为 5;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - -

4、 C=1 第一峰值 =1.527 第二峰值 =1.172 B=1.527-1= 0.527 B=1.172-1=0.172 衰减比 n=B/B 超调亮 =B/C 余差 e=r-C=1-1=0 过渡过程时间 Ts=1.95s 、采用 PID 控制器，比例作用（ proportional）为 10, 积分作用（integral）为 5 和微分作用（ derivative）为 0.3。C=1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - -

5、- - 第一峰值 =1.362 第二峰值 =1.053 B=1.362-1=0.362 B=1.053-1=0.053 衰减比 n=B/B 超调亮 =B/C 余差 e=r-C=1-1=0 过渡过程时间 Ts=1.35s 观察并记录： 在、和的情况下的衰减比，超调量，余差，过渡过程时间。、采用 P控制器，改变比例作用（proportional）从 0.1到 3。观察输出曲线的变化，用根轨迹理论说明为什么？Kp=0.1 Kp=0.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页

6、，共 18 页 - - - - - - - - - Kp=1.3 Kp=2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - Kp=3 3、采用 P、PI 和 PD 控制器验证参数变化对输出的影响设一流量控制系统如图1 所示，对象的传递函数为：2398ss。1） 、采用 P控制器，令增益分别为：10；30；60，观察输出变化。、超调量；、误差；、震荡情况。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

7、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - Kp=10 C=0.789 第一峰值 B=0.817 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=0.508 Kp=30 C=0.918 第一峰值 B=1.100 超调量 =B/C= 误差=1-C= 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 震荡情况： ts=0.53s

8、, Kp=60 C=0.958 第一峰值 B=1.276 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=0.581s 2） 、采用 I 控制器，令积分强度分别为：1；20；30，观察输出变化。、超调量；、误差；、震荡情况。Ki=1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - C=1 第一峰值 B=1.021 超调量 =B/C= 误差=1-C=0 震荡情况： ts=5.48s Ki=20 C=1 第一峰值 B=1.8

9、60 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=42.38s Ki=30 C= 第一峰值 B= 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=s 3) 、采用 PD控制器，令增益为： 200，微分强度分别为： 1；5；10，观察输出变化。、超调量；、误差；、震荡情况。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

10、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - Kd=1 C=0.987 第一峰值 B=1.430 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=0.430s Kd=5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - C=0.987 第一峰值 B=1.127 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况： ts=0.2s Kd=10 C=

11、0.987 第一峰值 B= 超调量 =B/C= 误差=1-C= 震荡情况：不震荡4、验证在不同控制参数下的输出变化观察在不同的 P、I 和 D 数值下的输出变化（通过观察，了解在数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - 值增加或减少过程中， 系统输出是： 震荡或不震荡； 误差变大或减小；超调量变大或减小；过渡过程时间变长或缩短等）。以上实验为第一次实验报告内容。下面的实验为第二次实验报告内容。5、PID 控制器参数的

12、工程整定理想 PID 01tcdideuKeedtTTdt或11cdiU sKT s E sTs在 MATLAB 的 simulink 模块中的 PID 控制器参数分别为：01tcdideuKedtTTdt或1cdiU sKT s E sTs、比例作用（ proportional）强度是：1cK（为比例度）；、积分作用（ integral）强度是：1iiKT（iT为积分时间）；、微分作用（ derivative）强度是：ddKT（dT为微分时间）。请用函数432110018097181ssss作为对象的传递函数建立一个反馈控制系统，采用工程整定法中的 临界比例度法 和衰减曲线法 整定控制器参数

13、，使输出曲线满足4：1 的衰减比。要求确定在控制规律为：P、PI、PD 和 PID 时的控制器参数。（参考教材中 76 页表 4-4 和 77页表 4-5）临界比例度法：临界比例度 k=1/K=1/7.7=0.130 临界振荡周期 Tk=42.18-20.84=21.34s 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - P控制器：比例度 =2k=0.260 PI 控制器：比例度 =2.2k=0.286 积分时间 Ti=0.

14、85 Tk=18.139 PD 控制器：比例度 =1.8k= 0.5148 微分时间 Td=0.1Tk=2.134 PID 控制器：比例度 =1.7k=0.221积分时间 Td=0.5Tk=10.67微分时间 Ti=0.125 Tk=2.6675衰减曲线法K=3.33 比例度 s=1/k=0.3 衰减振荡周期 Ts=42.168-15.17=2.998 P控制器：比例度 =s=0.3 PI 控制器：比例度 =1.2s=0.36 积分时间 Ti=0.5 Ts=1.499 PID 控制器：比例度 =0.8s=0.24 积分时间 Ti=0.3 Tk=0.8994微分时间 Td=0.1Tk=0.299

15、8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 6、设计一个控制系统用教材中 80 页的 4-7 题，建立一个控制系统进行仿真。设对象的传递函数为：2398ss，变送器的增益为： 2，控制阀的增益为： 3。采用 PI 控制器，调整控制器参数使输出曲线达到4：1 的衰减震荡。所得比例强度为 26，积分强度为 10 衰减比 n=（0.7469-0.5）/(0.5621-0.5)=3.97 调整过程：K=50 I=10 n=0.

16、293/0.1212=2.4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - K=29 I=10 n=0.2543/0.0714=3.56 K=20 I=10 n=0.229/0.0475=4.8 K=25 I=10 n=0.2442/0.0588=4.15 K=26 I=10 n=0.2469/0.0621=3.97 7、设计一个串级控制系统并进行控制器参数整定设有一个蒸汽加热器如图所示，主要扰动为进料流量， 其变化幅度较

17、大且频繁，设计合理控制系统，并整定控制器参数，使输出曲线满足 4：1 的衰减比。设蒸汽加热器的传递函数为：1ses进料流量的传递函数为：设蒸汽流量的传递函数为e-s/(5s+1) 蒸汽流量到出口温度的传递函数为11098ss8、设计一个比值控制系统P.118 进料蒸汽物料出口蒸汽出口名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -