过程控制新版系统的MATLAB实验.doc
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- 过程 控制 新版 系统 MATLAB 实验
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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=1-C=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B=1.127 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展开阅读全文

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