《过程控制系统》课程设计.ppt

过程控制系统课程设计,设计课题一（必做）：工业被控过程建模与控制器的工程整定设计选题二（选做）：工业过程控制系统计算机监控界面的设计,必做选题设计内容,三大部分：工业被控过程的机理建模工业被控过程的试验建模控制系统的工程整定,工业被控对象,典型控制系统框图（单闭环）,广义被控对象,工业被控过程的建模,机理法试验法（分为：时域法；频域法；统计相关法）混合建模本设计中使用时域法中的阶跃响应曲线法：对处于开环、稳态的被控过程，使其输入量作阶跃变化，测得被控过程的阶跃响应曲线，求出被控过程输入与输出之间的动态数学关系传递函数。,工业被控过程的建模,切线法确定一阶环节参数,MATLAB软件简介,MATLAB这个词代表“矩阵实验室”（matrixlaboratory）。它的基本数据元素是没有维数限制的阵列（矩阵）。,MATLAB软件简介,MATLAB是一种高效的工程计算语言，其典型应用主要包括以下几个方面：数学计算；算法开发；系统建模和仿真；数据分析和可视化；科学和工程绘图；,MATLAB变量,定义变量并给变量赋值命令可直接在命令窗口中输入：变量名=元素值。例如定义变量A为矩阵,MATLAB变量,可直接在命令窗口中输入A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12。注意：同一行内不同列元素用空格或逗号分隔开，不同行之间用分号分隔。又如可直接在命令窗口中输入一个行向量A=1,2,3,4,5。,MATLAB二维绘图简介,使用plot命令绘制图形,其中x,y可为向量或矩阵,当x,y同为n维向量时，使用该命令，将绘制出以向量x的元素为横坐标，y向量对应元素为纵坐标的图形。,控制器参数工程整定方法,方法一：经验法：根据经验和先验知识确定一组参数，然后根据各参数的影响，调整参数，直至满意为止。,控制器参数工程整定方法,方法二：临界比例度（带）法：比例度（带）(%)：与比例系数Kc成反比关系。这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=，TD=0，使控制器工作在纯比例情况下，将比例带由大逐渐变小(对应的比例系数Kc由小逐渐变大)，使系统的输出响应呈现等幅振荡。,临界比例度法,临界比例度法整定经验公式,最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。,控制器参数工程整定方法,方法三：衰减曲线法：在闭环系统中，先把控制器设置为纯比例作用，然后把比例带由大逐渐减小(对应的比例系数Kc由小逐渐变大)，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现4:1衰减过程为止。,衰减曲线法,这时的比例带称为4:1衰减比例带，用S表示之。相邻两波峰间的距离称为4:1衰减周期TS，记录S和TS。,衰减曲线法,按如下经验公式整定,最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。,方法四：响应曲线法：如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例带法或阻尼振荡法（4:1衰减）就有难度。对于这种情况，可采用下述的响应曲线法来整定控制器的参数。,控制器参数工程整定方法,响应曲线法,方法三：响应曲线法：,令控制器的输出为幅度为x0,的阶跃信号，则对象经测量变送器后的输出Y（t）。,响应曲线法,由该图可确定、T和Kc。,响应曲线法,通过下式将比例系数转化为比例度：,响应曲线法,利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4:1时控制器的相关参数。,使用MATLAB建立仿真模型,首先在命令窗口中键入“simulink”命令或在MATLAB工具条上用鼠标左键单击相应的工具按钮都可以起动simulink模块库浏览器窗口。,simulink模块库浏览器窗口,模块库目录树,新建仿真模型,设置仿真时间,设置各模块参数、保存模型、运行仿真,上述仿真模型各个模块可从Continuous、MathOperations、Sinks、Sources子库中找到。,被控对象的单位阶跃响应数据,被控对象的单位阶跃响应数据见任务书。注意：数据分为3个版本，分别对应学号：3n，3n+1，3n+2。,设计报告内容及格式要求,详细要求见设计任务书。注意：封面和评分表使用统一给定的格式。将任务书装订到设计报告的最