过程控制实验实验报告班级:自动化1202姓名:杨益伟学号:120900３212015年１0月信息科学与技术学院实验一过程控制系统建模作业题目一:常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。
通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、单容过程模型1、无自衡单容过程得阶跃响应实例已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。
Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:2、自衡单容过程得阶跃响应实例已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。
Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:多容过程模型3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。
在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:作业题目二:某二阶系统得模型为,二阶系统得性能主要取决于,两个参数。
试利用Simulink仿真两个参数得变化对二阶系统输出响应得影响,加深对二阶系统得理解,分别进行下列仿真:（1）不变时,分别为0、1, 0、8, 1、０,２、0时得单位阶跃响应曲线;从上至下分别为0。
1,0、8,1。
0,2.0（2）不变时,分别为２, 5, 8, 10时得单位阶跃响应曲线。
从下到上wn分别为２,5,8,1０实验二PID控制作业题目:建立如下所示Simulinｋ仿真系统图、利用Ｓimuliｎk仿真软件进行如下实验:1.建立如图所示得实验Ｓｉmuliｎk原理图。
2.双击原理图中得PID模块,出现参数设定对话框,将ＰＩD控制器得积分增益与微分增益改为０,使其具有比例调节功能,对系统进行纯比例控制、3.进行仿真,观测系统得响应曲线,分析系统性能;然后调整比例增益,观察响应曲线得变化,分析系统性能得变化。
由以上三组响应曲线可以瞧出,纯比例控制对系统性能得影响为:比例调节得余差随着比例带得加大而加大,减小比例带就等于加大调节系统得开环增益,其后果就是导致系统真激烈震荡甚至不稳定,比例带很大时,被调量可以没有超调,但余差很大,调节时间也很长,减小比例带就引起被调量得来回波动,但系统仍可能就是稳定得,余差相应减少。
4.重复(步骤2,3),将控制器得功能改为比例微分控制,观测系统得响应曲线,分析比例微分得作用。
由以上四组响应曲线可以瞧出,比例微分控制对系统性能得影响为:可以提高系统得稳定性,引入适当得微分动作可以减小余差,并且减小了短期最大偏大,提高了振荡频率5.重复(步骤2,3),将控制器得功能改为比例积分控制,观测系统得响应曲线,分析比例积分得作用。
由以上响应曲线可以瞧出,比例积分控制对系统性能得影响为:消除了系统余差,但降低了稳定性,PI调节在比例带不变得情况下,减小积分时间TＩ(增大积分增益I),将使控制系统稳定性降低、振荡加剧、调节过程加快、振荡频率升高6.重复(步骤2,3),将控制器得功能改为比例积分微分控制,观测系统得响应曲线,分析比例积分微分得作用。
由以上几组响应曲线可以瞧出,比例积分微分控制对系统性能得影响为:提高系统稳定性,抑制动态偏差,减小余差,提高响应速度,当微分时间较小时,提高微分时间可以减小余差,提高响应速度并减小振荡,当微分时间较大时,提高微分时间,振荡会加剧。
7.将PIＤ控制器得积分微分增益改为0,对系统进行纯比例控制。
不断修改比例增益,使系统输出得过度过程曲线得衰减比ｎ=4,记下此时得比例增益值。
经过调整,当比例P=1时,终值ｒ=0。
５,第一个波峰值y１＝0.７２,第二个波峰值y2=0。
55,衰减比约为４,如下图所示8.修改比例增益,使系统输出得过度过程曲线得衰减比n=2,记下此时得比例增益值。
经过调整,当比例Ｐ=１２时,终值r=０.93,第一个波峰值y1=1.6,第二个波峰值ｙ2=1。
25衰减比约为２,如下图所示9.修改比例增益,使系统输出呈现临界振荡波形,记下此时得比例增益。
P=100 p=1０00由图可知,Kp值越大,系统得衰减比越小。
故要使系统呈现临界波形,可使Kp趋于无穷大10.将PID控制器得比例、积分增益进行修改,对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分增益,使系统输出得过渡过程曲线得衰减比n＝2,4,１0,记下此时比例与积分增益、将PID控制器得比例、积分、微分增益进行修改,对系统进行比例积分控制。
不断修改比例、积分、微分增益,使系统输出得过度过程曲线得衰减比n=２,４,10,记下此时比例、积分、微分增益、对系统进行比例积分控制:ｎ=2经过调整,当比例P＝2,Ｉ=0、6时终值r=1,第一个波峰值ｙ１＝１.30,第二个波峰值y２=1.16,衰减比约为2,如下图所示n=4经过调整,当比例Ｐ=2。
９,I=0.42时终值ｒ＝0。
99,第一个波峰值y1=１、０6,第二个波峰值y2=1.２8,衰减比约为4n=1０经过调整,当比例P＝1。
2３,Ｉ=0。
02时终值r＝0。
62,第一个波峰值ｙ1=0。
82,第二个波峰值y2=0。
６4,衰减比约为10对系统进行比例积分微分控制ｎ=２经过调整,当比例Ｐ=6,I=1,D=0.05时终值r=1,第一个波峰值ｙ１=1、5,第二个波峰值y２=1。
25,衰减比约为2n=4经过调整,当比例P=6,I=0.5,D=0.5时终值r=0、９7,第一个波峰值y１=１。
36,第二个波峰值y２＝1.０６,衰减比约为4,如下图所示n＝1０经过调整,当比例P=11,I=0、05,D＝２时终值r=０。
９2,第一个波峰值ｙ1=1。
３,第二个波峰值y2=0、96,衰减比约为1０,如下图所示实验三串级控制作业题目:串级控制系统仿真。
已知某串级控制系统得主副对象得传递函数Gｏ1,G o2分别为:,副回路干扰通道得传递函数为:。
（1）画出串级控制系统得方框图及相同控制对象下得单回路控制系统方框图。
（2）用Simulink画出上述两个系统得仿真框图串级控制系统得方框图如下所示:单回路控制系统方框图如下所示:（3）选用PＩD调节器,整定主副控制器得参数,使该串级控制系统性能良好,并绘制相应得单位阶跃响应曲线。
经过不断试验,当PＩD C1为主控制器输入比例系数为360,积分系数为30,微分系数为6０时;当ＰＩD C2为副控制器输入比例系数为５,积分系数为０,微分系数为0时;系统阶跃响应达到比较满意得效果,系统阶跃响应如下图所示:采用这套ＰID参数时二次扰动作用下得阶跃响应:一次扰动下得阶跃响应:（4）比较单回路控制系统及串级控制系统在相同得副扰动下得单位阶跃响应曲线,并说明原因。
单回路控制系统在相同得副扰动下得单位阶跃响应曲线:二次扰动作用下得阶跃响应: 一次扰动下得阶跃响应:串级控制系统在相同得副扰动下得单位阶跃响应曲线:二次扰动作用下得阶跃响应: 一次扰动下得阶跃响应:比较上图故可知串级系统由于副回路得存在对扰动得抑制能力更强。
因扰动经干扰通道进入回路后首先影响副回路得输出,副回路反馈后引起副控制器立即动作,力图消弱干扰影响,使得干扰经过副回路得抑制后再进入主回路,对主回路得输出影响大为减弱实验四比值控制作业题目:在例一中如系统传递函数为,其她参数不变,试对其进行单闭环比值控制系统仿真分析,并讨论分母中“１5”变化时控制系统得鲁棒性。
(1)分析从动量无调节器得开环系统稳定性、由控制理论知,开环稳定性分析就是系统校正得前提。
系统稳定性得分析可利用Bode图进行,编制ＭAＴLAB Bｏde图绘制程序(M—dile)如下:clear allclｏsｅaｌlT＝１5;K0=3;tao＝4;num=[K０］;den=［Ｔ,１］;G＝ｔｆ(ｎum,den,＇inpｕtdelay',taｏ);ｍargｉn(G)执行该程序得系统得Bodｅ图如图所示,可见系统就是稳定得。
幅值裕量为６、77dＢ,对应增益为2.２(2)选择从动量控制器形式及整定其参数、根据工程整定得论述,选择PI形式得控制器,即。
本处采用稳定边界法整定系统、先让=0,调整使系统等幅振荡(由稳定性分析图知在＝2、2附近时系统震荡),即使系统处于临界稳定状态。
系统Ｓｉｍｕlｉnk框图如下所示调节时,系统响应图如下所示,基本达到了振荡临界要求(３)系统过程仿真。
单闭环比值控制过程相当于从动量变化得随动控制过程。
假定主动量由一常值10加幅度为０.３得随机扰动构成,从动量受均值为0、方差为1得随机干扰。
主动量与从动量得比值根据工艺要求及测量仪表假定为3。
系统得控制过程Ｓiｍuｌｉｎｋ仿真框图如图所示。
其中控制常量及随机扰动采用封装形式。
主动控制量得封装结构如下:运行结果如下所示(图中曲线从上往下分别为从动量跟踪结果、主动量给定值与随机干扰):可见除初始时间延时外,从动量较好地跟随主动量变化而变化,并且基本维持比值3,有效地克服了主动量与从动量得扰动、(4)单闭环比值控制系统鲁棒性分析要求分母中“1５”变化10％,即积分时间为１３、5～16、５,分析系统鲁棒性。
系统仿真框图如下图所示延时选择模块Ｓuｂsysｔem得展开图如下所示改变积分时间常数为13、5,13。
8……１6.5共11个值。
经过运行后在工作空间绘图(使用语句:plｏｔ(toｕt,simouｔ);hold on;ｇrid ｏn)即可见到下图得仿真结果。
仿真结果可见,随着延时环节得变化,从动量跟随主动量得规律有较小变化,但并未改变系统稳定性及精度,说明系统在积分时间发生10％变化时仍能正常工作,系统得鲁棒性较强。
实验五解耦控制系统作业题目:在例题中若输入输出之间传递关系改为,其她参数不变,试利用对角阵解耦方法实现系统得过程控制。
(1) 求系统相对增益以及系统耦合分析由题得系统静态放大系数矩阵为=即系统得第一放大系数矩阵为:系统得相对增益矩阵为:由相对增益矩阵可以得知,控制系统输入、输出得配对选择就是正确得;通道间存在较强得相互耦合,应对系统进行解耦分析、系统得输入、输出结构如下图所示(2)确定解耦调节器根据解耦数学公式求解对角矩阵,即=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡)(11)(21)(12)(22)(21)(12)(22)(111)(22)(21)(12)(11s Gp s Gp s Gp s Gp s Gp s Gp s Gp s Gp s N s N s N s N ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++---++++=3.38.527.1285544082515.0365.133.38.527.1288.58.822.2161222222S S S S S S S S S S采用对角矩阵解耦后,系统得结构如下图所示:解耦前后系统得simul ｉnk 阶跃仿真框图及结果如下:1、不存在耦合时得仿真框图与结果图a 2。