过程控制系统的MATLAB实验

过程控制系统的过程控制系统的 MATLAB 实验实验 用用 MATLAB 中的中的 simulink 模块构建控制系统模块构建控制系统 1 建立系统数学模型建立系统数学模型 给系统加入一个输入 单位阶跃 扰动 测量其输出变化曲线 32 3 432 385 10781 s sss e ssss 按照反应曲线法反应曲线法 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 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 采用 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 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 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 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 Kp 1 3 Kp 2 Kp 3 3 采用采用 P PI 和和 PD 控制器验证参数变化对输出的影响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 2 3 98ss 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 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 震荡情况 ts 0 53s 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 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 1 860 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 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 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 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 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定 理想 PID 或 0 1 t cd i de uKeedtT Tdt 1 1 cd i U sKT s E s Ts 在 MATLAB 的 simulink 模块中的 PID 控制器参数分别为 或 0 1 t cd i de uKedtT Tdt 1 cd i U sKT s E s Ts 比例作用 proportional 强度是 为比例度 1 c K 积分作用 integral 强度是 为积分时间 1 i i K T i T 微分作用 derivative 强度是 为微分时间 dd KT d T 请用函数 作为对象的传递函数建立一个反 432 1 10018097181ssss 馈控制系统 采用工程整定法中的临界比例度法临界比例度法和衰减曲线法衰减曲线法整定 控制器参数 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 P 控制器 比例度 2 k 0 260 PI 控制器 比例度 2 2 k 0 286 积分时间 Ti 0 85 Tk 18 139 PD 控制器 比例度 1 8 k 0 5148 微分时间 Td 0 1Tk 2 134 PID 控制器 比例度 1 7 k 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 2 s 0 36 积分时间 Ti 0 5 Ts 1 499 PID 控制器 比例度 0 8 s 0 24 积分时间 Ti 0 3 Tk 0 8994 微分时间 Td 0 1Tk 0 2998 6 设计一个控制系统设计一个控制系统 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 变送器的增益为 2 控制阀的增益为 3 2 3 98ss 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 0 293 0 1212 2 4 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 幅度较大且频繁 设计合理控制系统 并整定控制器