过程控制系统的MATLAB实验

1、过程控制系统的MATLAB实验用MATLAB中的simulink模块构建控制系统1、 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。 按照反应曲线法（书中77页、33页）确定对应于输出曲线的传递函数。Ko=5/1=5tao=3y=5*.0632=3.16 对应横坐标 T+tao=8.461 To=5.461Go(s)=5e-3s/5.461s+12、 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。FCFT图1. 流量控制系统设一流量控制系统如图所示，对象的传递函数为：。采用PID控制器。、

2、 试建立simulik仿真系统进行仿真；（画出控制系统框图）、 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=1.089B=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=1.172B=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

3、.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=1.053B=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：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=0.1Kp=0.5Kp=1.3Kp=2 Kp=33、 采用P、PI和

4、PD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：。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=10C=0.789第一峰值B=0.817超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=0.508Kp=30C=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=60C=0.958第一峰值B=1.276超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=0.581s2）、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=1C=1

5、第一峰值B=1.021超调量=B/C=误差=1-C=0震荡情况：ts=5.48sKi=20C=1第一峰值B=1.860超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=42.38sKi=30C=第一峰值B=超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=s3)、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=1C=0.987第一峰值B=1.430超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=0.430sKd=5C=0.987第一峰值B=1.127超调量=B/C=误差=1-C=震荡情况：ts=0.2sKd=10C=0.987第一峰值B=

6、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理想PID 或 在MATLAB的simulink模块中的PID控制器参数分别为： 或 、 比例作用（proportional）强度是：（为比例度） ；、 积分作用（integral）强度是：（为积分时间） ；、 微分作用（derivative）强度是：（为微

7、分时间） 。请用函数 作为对象的传递函数建立一个反馈控制系统，采用工程整定法中的临界比例度法和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k=1/K=1/7.7=0.130临界振荡周期Tk=42.18-20.84=21.34sP控制器：比例度=2k=0.260 PI控制器：比例度=2.2k=0.286 积分时间Ti=0.85 Tk=18.139PD控制器：比例度=1.8k= 0.5148 微分时间Td=0.1Tk=2.134PID控制器：比例度=1.7k=

8、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K=3.33比例度s=1/k=0.3衰减振荡周期Ts=42.168-15.17=2.998P控制器：比例度=s=0.3PI控制器：比例度=1.2s=0.36 积分时间Ti=0.5 Ts=1.499PID控制器：比例度=0.8s=0.24积分时间Ti=0.3 Tk=0.8994微分时间Td=0.1Tk=0.29986、 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。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=2.4K=29 I=10 n=0.2543/0.0714=3.56K=20 I=10 n=0.229/0.0475=4.8K=25 I=10 n=0.2442/0.0588=4.15K=26 I=10 n=0.2469/0.0621=3.977、 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