目录
一．实习目的 (1)
二．实习内容和实习中遇到的问题及解决方法 (1)
2.1实习的内容 (1)
2.2过程建模 (1)
2.3仿真和结果分析 (2)
2.3.1只采用P调节 (3)
2.3.2采用PI调节 (4)
2.3.3采用PID调节 (5)
2.4实习中遇到的问题和解决方法 (6)
三．实习体会 (6)
一．实习目的
以单容水槽液位控制为例熟悉过程控制系统仿真研究的三个基本过程：过
程建模、仿真实验、结果分析。
二．实习内容和实习中遇到的问题及解决方法
2.1实习的内容
对图示水位H 进行控制，要求用Matlab 仿真设计一个适合的调节器并确定其参数。
分别在采用P 调节、PI 调节以及PID 调节时，打印出水位H 的仿真波形图，并结合波形图分析各种调节规律的优缺点。
Q 2
H
已知：H r 为水位设定值H r ＝2；单容水槽流出量为Q 2=gH 2，其中g
＝9.81；水槽横界面积S ＝10；进水阀门的阀门特性系数K v ＝1。
2.2过程建模
液位高度H 为输出变量，入水流量Q1，出水量Q2为输入量，由物料平衡原理：
Q1-Q2=dt
dH S ; S ：水槽截面积
其中
Q2=k*h 1/2
将上式代入，得：
Q1- k*h 1/2=dt
dH S
上式为单容水槽液位的动态数学模型，它是一个非线性微分方程，当液位由0到满罐变化时，都满足此方程。
如果液位始终在其稳态值附近很小的范围内变化，则可将上式进行线性化处理。
在平衡工况下
Q i0=Q o0=0
以增量形式表示各变量偏离起始稳态值的程度，即
△H=H-H 0 ， △Q1-=Q1-Q i0, △Q2=Q2-Q o0 增量式：
△Q1-△Q2=dt
H
d S △
如果非线性特性存在于液位与流量之间，则线性化方法就是将非线性项进行泰勒级数展开，并取其线性部分 Q2= k*h 1/2=Q o0+
02H k △H △Q2=Q2-Q o0=0
2H k
△H △Q2=△H/R R 为液阻 R=流量变化
液位变化
可求得：dt
H d S △+R
△H =△Q1;
传递函数：
)(1)
(s Q s H =1+RSs R =1
+Ts K K 放大倍数=R; 时间常数T=RS
由已知条件：Hr 为水位设定值Hr ＝2；单容水槽流出量为Q 2=gH 2，其中g ＝9.81；水槽横界面积S ＝10；进水阀门的阀门特性系数k v ＝1。
可得：R=△Q2△H =2
*9.81*22
=0.391;
T=SR=10*0.391=3.91
对象特性的传递函数为：G （s ）=1+91.3391
.0s
2.3仿真和结果分析
将上面过程建模所得的对象特性代入仿真系统得：
2.3.1只采用P 调节 （1）当P=10时仿真图如下
(2)当P=20时仿真图如下
(3)当P=30时仿真图如下
通过三个仿真图的比较可知只有比例调节时系统是有静差的。
随着P的增大，系统的静差会逐渐减少，而且上升时间也会下降，这提高了系统的性能。
所以在综合条件允许的条件下，可适当增大P来提高系统的性能。
2.3.2采用PI调节
(1)当P=20,I=50时仿真图如下
(2)当P=20,I=100时仿真图如下
(3)当P=20,I=150时仿真图如下
通过分析三个仿真图可知PI调节可以实现无静差的调节。
在比例系数恒定的时候，积分时间参数的越大，系统的超调量会减少，振荡会减少，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间会变长，稳态时间有可能会增长。
2.3.3采用PID调节
(1)当P=20,I=50,D=10时仿真图如下
(2)当P=20,I=50,D=20时仿真图如下
(3)当P=20,I=50,D=30时仿真图如下
通过分析三个仿真图可知PID调节也可以实现无静差的调节。
在比例系数和积分时间参数为定量的时候，增大微分时间有利于加快系统的响应速度，使系统的超调减少，稳定性增加，但是进入稳态的时间会加长。
2.4实习中遇到的问题和解决方法
(1)在过程建模时忘记了传递函数的求法。
解决方法：通过复习以前所学的知识，重新掌握传递函数的求法：在
初始条件为零时，输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。
（2）在仿真时得到的仿真图是一大片黑色的，把图放进报告时看不清楚。
解决方法：通过在网上查找信息，发现在命令窗口上输入如下命令
set(0,'ShowHiddenHandles','On')set(gcf,'menubar','figure') 就可以调节示波器的各种特性。
（3）在攒写实习报告时遇到了很多数学公式的书写。
解决方法：通过网上查找资料，发现有很多方法可以把数学公式写进
word文档，我所选的方法是使用公式编辑器。
三．实习体会
通过这一次的实习，我把课本上所学的知识应用到了实际的生产中，这让我感到非常开心。
在实习的过程中不断地遇到问题，不断地看书、查资料来解决问题，这对我巩固所学的知识有非常大的帮助。
这次仿真实验的比较让我对比例调节、积分调节、微分调节有了更深入的理解。
在PID控制中，比例控制的作用是提高系统的响应速度，是最基本的控制作用，积分控制的作用是消除余差，但有可能会导致稳态时间的增长，微分控制的作用是提前控制，消除高阶滞后改善系统的动态性能。