过程控制试验报告讲解

1、过程控制课程实验报告实验一：串级系统的仿真控制1. 实验要求：假设一串级控制系统的结构框图为：W01(s) (30s 1)(3s 91)W02 ( s) (10s 1)(s 1)21其中： Wc1 (s) 8.4(1 )Wc2 (s) 1012.8s1将传递函数带入并绘制串级控制系统的 Simulink 结构图：2. 执行程序：清除命令窗口clc;clear all;%清除所有记录a,b,c,d=linmod(chuanji)%加载 simulink 模型sys=ss(a,b,c,d);%建立状态空间表达式figure(1);%绘制图形 1step(sys);%获得阶跃响应曲线hold on%

2、绘图保持y,t=step(sys);%y为纵轴， t 为横轴的阶跃曲线mp,tf=max(y);%返回峰值及峰值时间cs=length(t);%获得稳态时间yss=y(cs);%获得稳态值sigma=100*(mp-yss)/yss;%计算超调量tp=t(tf);%计算峰值时间%计算调节时间i=cs+1;n=0;while n=0,i=i-1;if i=1n=1;elseif y(i)1.05*yss%判断响应值是否大于稳态值%的 1.05 倍n=1;endendt1=t(i);cs=length(t);j=cs+1;n=0;while n=0,j=j-1;if j=1n=1;elseif y

3、(i)0.95*yss%判断响应值是否小于稳态值的 0.95 倍n=1; end endt2=t(j);If t2t2, ts=t1; end elseif t2tp, if t20.8 % 如果 u(k)=0.45;elseif abs(x(1)0.40 u(k)=0.40;elseif abs(x(1)0.20 u(k)=0.12;elseif abs(x(1)0.01 u(k)=0.10;endif (x(1)*x(2)0)|(x(2)=0) % The rule 2 if abs(x(1)=M2 u(k)=u_1+k1*kp*x(1);elseu(k)=u_1+0.4*kp*x(1);

4、endendif(x(1)*x(2)0)|(x(1)=0) u(k)=u(k);endif (x(1)*x(2)0)&(x(2)*x2_1M2 u(k)=u_1+k1*kp*error_1;elseu(k)=u_1+k2*kp*error_1;endendif abs(x(1)=10 % Restricting the output of controlleru(k)=10;endif u(k)=-10u(k)=-10;end% Linear model yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(1)*u(k)+num(2)*u_1+num(3

5、)* u_2+num(4)*u_3;error(k)=rin(k)-yout(k);% return of PID paramtersu_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yout(k);x(1)=error(k); % calculating Px2_1=x(2);x(2)=(error(k)-error_1)/ts;% calculating D x(3)=x(3)+error(k)*ts; % calculating I error_1=error(k);endfigure(1);%绘制图 1plot(time,rin,b,time,

6、yout,r); %输出蓝色曲线稳态值 红色为响应曲线xlabel(time(s);%x轴为时间轴ylabel(rin,yout);%y轴为响应值figure(2);%绘制图 2plot(time,rin-yout,r);%输出稳态误差红色曲线xlabel(time(s);%x轴为时间轴ylabel(error);%y轴为稳态误差参数调节过程及实验结果：Kp=0.8 ki=0 kd=0专家 PID 控制阶跃响应曲线图：0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s)5432i,ryon 10-1-2误差响应曲线图：410ror-40-2-30.1

7、0.2 0.30.40.5 time(s)0.6 0.70.8 0.93-3Kp=0.3 ki=0 kd=0专家 PID 控制阶跃响应曲线图：1.41.210.80.60.40.20.10.20.30.40.50.60.70.80.9time(s)误差响应曲线图：Kp=0.1 ki=0 kd=0专家 PID 控制阶跃响应曲线图：1.41.2t,you 0.80.60.40.20.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s)误差响应曲线图：1.20.80.20.6 r ro e0.4-0.20.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

8、0.9 time(s)Kp=0.1 ki=0.04 kd=0专家 PID 控制阶跃响应曲线图：误差响应曲线图：rro1.210.80.60.40.20-0.20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1time(s)Kp=0.1 ki=0.04 kd=0.9 误差响应曲线图：ror-6-8-10-1264time(s)专家 PID 控制阶跃响应曲线图：1412100-20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 time(s)-4Kp=0.1 ki=0.04 kd=0.50 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

9、 0.8 0.9 1 time(s)0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s)误差响应曲线图：1.210.80.6rroe 0.60.40.20-0.2专家 PID 控制阶跃响应曲线图：1.41.21t 0.80.60.40.20Kp=0.1 ki=0.02 kd=0.01 误差响应曲线图：1.2ror864000-0.20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 time(s)专家 PID 控制阶跃响应曲线图：time(s)t uo4. 实验结论：比例系数 ：作用在于加快系统的响应速度， 提高系统调节精度。 当系统一旦出现了 偏差，比例调节立即产生调节作用以减少误差。 越大， 系统响应越快， 但将产生超 调和振荡甚至导致系统不稳定，因此 的值不能取得过大；但如果 取值过小，过小 会降低调节精度，是系统响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静、动态特性 变坏。积分系数 ：作用在于消除系统的稳态误差，提高无差度。 越大积分速度越快，系 统静差消除越快， 但 过大在响应过程初期会产生积分饱和现象， 从而引起响应过程 出现较大超调， 使动态性能变差； 过小则会使积分作用变弱， 使系统的静差难以消 除，过