过程控制考试作业

1、实用文档自动化仪表与过程控制课程大作业1、（15 分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（ a）、（ b）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。解：图 A 为串级控制系统，主变量为加热炉出口温度T，福变量为燃料油流量Q，引入副变量Q的目的是为了及时克服由于燃料油压力波动对主变量T 的影响，以提高主变量 T 的控制质量。TCFC执行器加热炉加热炉-流量测量变送温度测量变送图 B 调节器 TC和 FC串级工作，但没有副回路，所以不是串级控制系统。如果FC选为比例调节器，那么原油的流量变化仍能及时通过FC来改变燃料油的流量，起到静态前馈作用，而TC能根据被控量?的变

2、化起到反馈作用。为前馈反馈控制系统，系统的被控变量时原油的出口温度 TFC原油测量变送原油流量TC+执行器加热炉- 温度测量变送两种控制系统的比较：（ 1） （ 1）串级控制包含一个主回路和一个副回路，改善了被控制过程的动态特性，增强了对一次和二次扰动的克服能力，提高了对回路参数变化的自适应能力。（ 2） 从前馈控制角度，由于增加了反馈控制， 降低了对前馈控制模型的精度要求， 并能对未大全实用文档选做前馈信号的干扰产生校正作用。从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对主要干扰作了及时的粗调作用，大大减少对控制的负担。2、（ 20 分）（用 MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加1

3、0%后，液位的响应数据如下：t(s)0102030405060708090100h(mm) 00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3（ 3） 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T， ，并根据这些参数整定 PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。（ 4） 解：（ 1）输入命令（ 5） t=0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;（ 6） h=0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3;（ 7） plot(t,h);（ 8） xlabel(' 时间 t(s)');（ 9） ylabe

4、l(' 液位 h(mm)');（ 10） grid on;（ 11） hold on;（ 12） x,y=ginput(1)（ 13） x1,y1=ginput(1)（ 14） gtext('tao=5.5326')（ 15） gtext('T=34.3')（ 16） gtext('h=6.3')（ 17） 得其阶跃响应曲线7h=6.365)m4m(h位液 321=5.6452T=32.25800102030405060708090100时 间 t(s)（ 18）（ 19） 由上可得 G(s)=（ 20） （2）整定 PI 参数（

5、 21） K=63;T=34.3; tao=5.5大全实用文档（ 22） s=tf('s');（ 23） Gz=K/(T*s+1);（ 24） np,dp=pade(tao,2);（ 25） Gy=tf(np,dp);（ 26） G=Gz*Gy;（ 27） PIKp=0.9*T/(K*tao); %阶跃响应整定法计算并显示PI 控制器（ 28） PITI=3*tao;（ 29） PIGc=PIKp*(1+1/(PITI*s)（ 30） step(feedback(PIGc*G,1),hold onStep Response1.81.61.41.21edutil0.8pmA0.6

6、0.40.20-0.20102030405060708090100Time (seconds)（ 31）（ 32） 整定后的 Kp=0.089；Ti=16.5 ；（ 33） Gc=；（ 34）（ 35）3、（20 分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为 副变 量 的串 级 控 制系 统中 主、 副对 象 的传 递 函 数 Go1, Go2分别 为： G ( s)1，o1(30s1)Go 2 ( s)1，其中有一个 10s 的传输延迟，其传递函数为 Gd (s) e 10s。当延迟环节(10s1)( s1) 2分别放在主回路和副回路时， 设计串级控制主、副

7、PID 控制器的参数， 并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。解： (1) 当延迟环节放在主回路时在simulink上仿真原理图如图所示：大全实用文档Scope1PIDPID1110s3230s+1+21s+12s+1StepPID1PID2Transfer Fcn1Transfer FcnTransportScopeDelay采用阻尼振荡法调整参数如下：先将主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，当 Kp2=5 时， Scope1 显示控制阶跃响应曲线为衰减 4:1 。如图所示：1.41.210.80.60.40.2051015202530354045500 然后

8、将主回路闭合，整定主回路参数。采用动态特性参数法得到，当Kp1=3.5 Scope1显示控制阶跃响应曲线为衰减4:1 。当调节 Ti=0.1,Td=1.5时，其输出比较理想。其相应图如图所示：1.41.210.80.60.40.20020406080100120140160180200(2) 当延迟环节放在副回路时在 simulink 上仿真原理图如图所示：Scope1PIDPID1110s3230s+1+21s+12s+1StepPID1PID2Transfer Fcn1TransportTransfer FcnScopeDelay用逐步逼近法调整参数如下：先将主回路开环，先整定副回路。当K

9、p2=1.0 时， Scope1 显示控制阶跃响应大全实用文档曲线为衰减 4:1 。如图所示：0.80.70.60.50.40.30.20.10204060801001201401601802000 整定主回路参数，当Kp1=2.0 Scope1 显示控制阶跃响应曲线为衰减4:1 。然后再调试Ti 参数。调节 Ti=0.1,Td=0.5时，其输出比较理想。其相应图如图所示：1.41.210.80.60.40.20050100150200250300在串级控制系统中，二次扰动通过副回路调节，大大增强了系统对二次扰动的克服能力。二次扰动对系统的影响：当燃烧室有扰动时，副调节器立即发出校正信号，控制

10、调节阀开度，改变燃烧量， 克服扰动对炉膛温度的影响。 这样避免了在单回路控制系统中要等到输出变化时才发出校正信号带来的滞后。能够较快地对副回路的干扰进行调节，使整个系统更加稳定。5、(25 分) 温度流量解耦控制系统的设计与仿真已知被控对象传递函数为：W11 (s)1,W12(s)1,W21 ( s)1 ,W22 (s)110 s 15s 1s 14s 1 ，控制器传递函数为 N11(s)1, N 22( s)1 , 采用对角阵解耦法来做。1）确定解耦控制器的另外两个控制器传递函数N12 ( s), N 21 (s)解：N =-W /W =10S+1,N21=-W /W =-4S+112121

11、15S+12122S+12）画出温度流量解耦控制系统的系统方框图大全实用文档R1_M1Mc1C11Wc1(s)N11(s)W11(S)N21(s)W21(S)C12N12(s)W12(S)C21R1Wc2(s)N22(s)W22(S)_MC2C2M2C223）画出无解耦控制器的控制系统的系统方框图R1_C1C11Wc1(s)W11(S)W21(S)C12W12(S)C21R1Wc2(s)W22(S)_C2C224）用 Matlab 的 simulink画出上述两个系统图为解耦控制系统大全实用文档图为无解耦控制器的控制系统的系统方框图5）选 PID 调节器的参数使解耦控制系统的控制性能较好，并画出系统的