过程控制新版系统的MATLAB实验.doc

过程控制系统MATLAB试验

————用MATLAB中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，测量其输出改变曲线。

根据反应曲线法（书中77页、33页）确定对应于输出曲线传输函数。
Ko=5/1=5
tao=3
y=5*.0632=3.16 对应横坐标 T+tao=8.461
To=5.461
Go(s)=5e-3s/5.461s+1

2、 建立一个简单控制系统，测量控制系统过渡过程及品质指标
学会使用simulink模块，依据要求能够建立仿真系统并进行系统仿真。
FC
FT
图1. 流量控制系统
设一流量控制系统图所表示，对象传输函数为：。采取PID控制器。

①、 试建立simulik仿真系统进行仿真；（画出控制系统框图）

②、 采取P控制器、百分比作用（proportional）为10;

C=0.96
第一峰值=1.446 第二峰值=1.089
B=1.446-0.96= B`=1.089-0.96
衰减比n=B/B`
超调亮σ=B/C
余差e=r-C=1-0.96
过渡过程时间Ts=4.6s
③、 采取PI控制器、百分比作用（proportional）为10, 积分作用（integral）为5;

C=1
第一峰值=1.527 第二峰值=1.172
B=1.527-1= 0.527 B`=1.172-1=0.172
衰减比n=B/B`
超调亮σ=B/C
余差e=r-C=1-1=0
过渡过程时间Ts=1.95s

④、 采取PID控制器，百分比作用（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=1.053
B=1.362-1=0.362 B`=1.053-1=0.053
衰减比n=B/B`
超调亮σ=B/C
余差e=r-C=1-1=0
过渡过程时间Ts=1.35s

观察并统计：在②、③和④情况下衰减比，超调量，余差，过渡过程时间。
⑤、 采取P控制器，改变百分比作用（proportional）从0.1到3。观察输出曲线改变，用根轨迹理论说明为何？
Kp=0.1

Kp=0.5

Kp=1.3

Kp=2

Kp=3

3、 采取P、PI和PD控制器验证参数改变对输出影响
设一流量控制系统图1所表示，对象传输函数为：。
1）、采取P控制器，令增益分别为：10；30；60，观察输出改变。
①、超调量；②、误差；③、震荡情况。

Kp=10

C=0.789
第一峰值B=0.817
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=0.508

Kp=30

C=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=60

C=0.958
第一峰值B=1.276
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=0.581s
2）、采取I控制器，令积分强度分别为：1；20；30，观察输出改变。
①、超调量；②、误差；③、震荡情况。
Ki=1

C=1
第一峰值B=1.021
超调量=B/C=
误差=1C=0
震荡情况：ts=5.48s

Ki=20

C=1
第一峰值B=1.860
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=42.38s

Ki=30

C=∞
第一峰值B=
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=s

3)、采取PD控制器，令增益为：200，微分强度分别为：1；5；10，观察输出改变。
①、超调量；②、误差；③、震荡情况。

Kd=1

C=0.987
第一峰值B=1.430
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=0.430s

Kd=5

C=0.987
第一峰值B1.127
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：ts=0.2s

Kd=10

C=0.987
第一峰值B=
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况：不震荡

4、 验证在不一样控制参数下输出改变
观察在不一样P、I和D数值下输出改变（经过观察，了解在数值增加或降低过程中，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）。
以上试验为第一次试验汇报内容。下面试验为第二次试验汇报内容。

5、 PID控制器参数工程整定
理想PID
或
在MATLABsimulink模块中PID控制器参数分别为：

或
①、 百分比作用（proportional）强度是：（为百分比度） ；
②、 积分作用（integral）强度是：（为积分时间） ；
③、 微分作用（derivative）强度是：（为微分时间） 。

请用函数 作为对象传输函数建立一个反馈控制系统，采取工程整定法中临界百分比度法和衰减曲线法整定控制器参数，使输出曲线满足4：1衰减比。要求确定在控制规律为：P、PI、PD和PID时控制器参数。（参考教材中76页表4-4和77页表4-5）
临界百分比度法：
临界百分比度δk=1/K=1/7.7=0.130
临界振荡周期Tk=42.18-20.84=21.34s
P控制器：
百分比度δ=2δk=0.260
PI控制器：
百分比度δ=2.2δk=0.286 积分时间Ti=0.85 Tk=18.139
PD控制器：
百分比度δ=1.8δk= 0.5148 微分时间Td=0.1Tk=2.134
PID控制器：
百分比度δ=1.7δk=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
百分比度δs=1/k=0.3
衰减振荡周期Ts=42.168-15.17=2.998
P控制器：
百分比度δ=δs=0.3
PI控制器：
百分比度δ=1.2δs=0.36 积分时间Ti=0.5 Ts=1.499
PID控制器：
百分比度δ=0.8δs=0.24
积分时间Ti=0.3 Tk=0.8994
微分时间Td=0.1Tk=0.2998
6、 设计一个控制系统
用教材中80页4-7题，建立一个控制系统进行仿真。设对象传输函数为：，变送器增益为：2，控制阀增益为：3。采取PI控制器，调整控制器参数使输出曲线达成4：1衰减震荡。

所得百分比强度为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=2.4
K=29 I=10 n=0.2543/0.0714=3.56
K=20 I=10 n=0.229/0.0475=4.8
K=25 I=10 n=0.2442/0.0588=4.15
K=26 I=10 n=0.2469/0.0621=3.97
7、 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图所表示，关键扰动为进料流量，其改变幅度较大且频繁，设计合理控制系统，并整定控制器参数，使输出曲线满足4：1衰减比。
进料
蒸汽
物料出口
蒸汽出口

设蒸汽加热器传输函数为：
进料流量传输函数为：
设蒸汽流量传输函数为e-s/(5s+1)
蒸汽流量到出口温度传输函数为

8、 设计一个比值控制系统P.118