自动化仪表及过程控制系统课程答辩作业剖析

1、1.1.1如下图所示为系统的连接图， 其中水流量作为检测副回路， 温度作为检测主回路下图为系统的方框图，如图所示1.2当冷水流量突然增大， 副回路首先检查到流量的变化， 从而调节电磁阀， 限制冷 水流量；然后是炉内检测到温度下降， 主回路作用调节阀， 同样减小电磁阀开度， 这样提高了整个系统的控制精度2. 采用两点法计算一阶惯性环节函数：Matlab 代码： 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; %阶跃响应数据 plot(t,h);xlabel(时间 t(s);ylabel

2、(液位 h(mm);grid on;hold on;ht1=0.39*6.3;ht2=0.63*6.3;plot(0,100,ht1,ht1); hold on;plot(0,100,ht2,ht2); x,y=ginput(1)x1,y1=ginput(1)x = 18.4783 y = 2.4533 x1 = 26.8904 y1 = 3.9841 gtext(t1= 18.3573 ) gtext(t2= 27.0628 ) T=2*(x1-x) T = 16.8242 tao=2*x-x1 tao = 10.0662根据 Matlab 得到的数据可得：h( ) h(0)u6.30.1T

3、=2(t2-t1)=16.8242=2*t1-t2=10.0662由上可得 G(s)63 10s e 16.8s 1根据该传递函数 G( s)可在 simulink 中仿真得到如下框图：采用柯恩 -库恩方法整定 PID参数：在 Matlab 中输入如下命令： Kp=(0.9*(T/tao)+0.082)6/ 3Kp =0.0252 x=tao/Tx =0.5983 Ti=(3.33*x+0.3*x*x)/(1+2.2*x)*TTi =15.2516 Ki=Kp/TiKi =0.0017可得： Kp=0.0252 Ti=15.2516 Ki=0.0017在 simulink 中的 PID控制器输

4、入 Kp和 Ki 可得如下的曲线：1.5经修改后的 Kp=0.0068 Ki=0.00675 得到如下曲线更好K PK 0.9( T) 1 0.082TI T 3.33( T) 0.3( T)2/1 2.2( T)3.控制器类由阶跃响应整定由频域响应整定型KpTiTdKpTiTdP控制器TK0.5KcPI控制器0.9TK30.4Kc0.8TcPID控制器1.2T K20.50.6Kc0.5Tc0.12TcPID 控制器参数的 Ziegler Nichols 经验整定公式3.1 先整定副回路PIDStepPID ControllerPIDPID Controller 1Transfer Fcn1

5、0 s3 +21 s 2 +12 s+1Transfer Fcn 1130 s+1Scope 1ScopeTransportDelay当 Kp=9.6 Ts=14.76-5.97=8.79 衰减比约等于 41.4根据阻尼振荡整定公式可知：Kp=1/1.2s=8 Ki=Kp/Ti=Kp/0.3Ts=3.03 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=7.032加入主回路后：当 Kp=2.7 Ts=74.62-23.84=40.78 衰减比约等于 4根据阻尼振荡整定公式可知：经过经验整定：Kp=1/1.2s=2.37 Ki=Kp/Ti=Kp/0.3Ts=0.19 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=11

6、.7712kp=1.97 Kp=0.08 Kd=03.2 延时加入副回路中的整定：PID30s+1Transfer Fcn 1ScopeScope 11110s3 +21s2 +12 s+1Transfer FcnPID ControllerTransportDelay当 Kp=1.1 时Ts=66.3-27.2=39.1衰减比约为 4:1根据阻尼振荡整定公式可知：Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=4.3Kp=1/1.2s=0.92 Ki=Kp/Ti=Kp0/ .3Ts=0.094StepScope 1加入主回路后：频率曲线：Kp=1.3 Ts=114.2-47.1=67.1根据阻尼振荡整定

7、公式可知：Kp=1/1.2s=1.08 Ki=Kp/Ti=Kp0/ .3Ts=0.065 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=8.72x 10124.4.1 如下图所示，为系统的连接图系统连接图如图示为画出的系统方框图系统方框图4.2 判断进水阀的气开气关形式 答：当进水阀为气关的时候，也就是说执行器通电时，进水阀关闭，系统停止供 水，但如果系统出现故障停电的时候， 进水阀将会不受控制， 水箱高度将会不断 上升，可能会导致液位溢出， 所以进水阀最好还是选用气关形式。 所以执行器是 正作用，党执行器执行的时候， 液位高度将会上升， 那么水箱液位高度也为正作 用， LC为负作用。需得： W11*N

8、12+W12*N22=0 ，W21*N11+W22*N22=05.5.1Y1W11W12N11N12U1W110U1要使*Y2W21W22N21N22U20W22U2得出： N12=(10s+1)/(5s+1)，N21=-(4s+1)/(s+1)5.2有解耦的方框图无解耦的方框图5.3无解耦的 simulink 仿真图：有解耦的 simulink 仿真图：5.4采用 PID控制器后，设置 P=38.8 I=D=0得到如下的曲线 经观察解耦后的 y1无u1的影响， y2也无 u1的影响。55.5无解耦的阶跃响应曲线：现象：从有解耦的曲线可以看出 Y1的输出只和 U1 有关系，当 U2 变化时， Y1没有 变化。从无解耦的曲线可以看出 Y2的输出只和 U2 有关系，当 U1 变化时， Y2没有 变化。现象分析与原因解释：在无