自动化仪表与过程控制课程大作业2013.doc

自动化仪表与过程控制课程大作业2、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：t(s)0102030405060708090100h(mm)00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T和，并根据这些参数整定PI调节器的参数，用仿真结果验证之。t=0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;h=0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3;plot(t,h);xlabel(时间t(s);ylabel(液位h(mm);grid on;hold on;（1）曲线如下所示：（2）在拐点处做曲线并取点如下图所示： 由上图可知：=5.4；T=39.8-5.4=34.4（3）一阶惯性环节的传递函数为：（4）对象的传递函数为： （5）又因为是一阶惯性环节所以传递函数为：由柯恩-库恩整定公式可知：其中、K、T可由以上结论知道，所以=0.091；=13.5547；可知P=0.091;I=0.007248;由以上值可以得到曲线如下所示：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、副对象的传递函数分别为：，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为。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调节器的参数，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。解：系统框图如下图所示（当延迟在副回路时）：第一步，主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=1时，控制曲线如下：从下图中可知，此时的衰减比约为4：1。此时TS2=40S。第二步：主回路闭合，整定主回路。副控制的参数为Kc2=1，调节主控制器参数，当Kc1=2.8时，阶跃响应如下图所示：此时Ts1=55s。主回路采用PI调节器，副回路采用P调节器，由曲线求得参数：P2=1；P1=2.8，Ti=0.18第三步：在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，实际实验中取根据衰减曲线法取Kc1=2.8，Ki1=0.18,Kc2=0.9，系统阶跃响应曲线如下图：第四步：进行反复调节当Kc1=2.59，Ki1=0.16,Kc2=0.9时，图形比较理想。系统框图如下图所示（当延迟在主回路时）：第一步，主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=10时，控制曲线如下：从下图中可知，此时的衰减比约为4：1。此时TS2=8S。第二步：主回路闭合，整定主回路。副控制的参数为Kc2=10，调节主控制器参数，当Kc1=3.2时，阶跃响应如下图所示：此时Ts1=45s。主回路采用PI调节器，副回路采用P调节器，有曲线可得：P2=10；P1=3.2；Ti1=0.085；第三步：在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，实际实验中取根据衰减曲线法取Kc1=2.48，Ki1=0.095,Kc2=10，系统阶跃响应曲线如下图：第四步：进行反复调节当Kc1=2.95，Ki1=0.1,Kc2=10时，图形比较理想。 二次扰动影响燃烧室温度，于是副调节器立即发出校正信号，经过副回路的及时控制一般不影响烧成温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，仍影响烧成温度，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服了副调节器没有调节的扰动，使烧成温度调回到给定值。由上述分析可知，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，从而大大减小了二次扰动的影响，提高了控制质量。 5、(25分)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：，调节器传递函数为,采用对角阵解耦法来做。1） 确定解耦调节器的另外两个控制器传递函数耦合过程：设广义过程： 由 由 则： ，2） 画出温度流量解耦控制系统的系统方框图3） 画出无解耦调节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调节器时控制系统的无耦合现象，并说