過程控制工程作業(yè)

1、過程控制工程作業(yè)一典型工業(yè)加熱爐，希望爐出口溫度保持恒定，其中進料量經(jīng)常波動1 設(shè)計一個合理的控制系統(tǒng)（在圖上標(biāo)注），并畫出方框圖，寫出各個控制器的傳遞函數(shù)。其中T(s)=7e企(15s 1)(6s -1)U(s)5s4e(14s 1)2F(s)2.分別給出U及F為單位階躍變化時，出口溫度 T變化的曲線;3. 將你設(shè)計的單回路系統(tǒng)進行 PID閉環(huán)控制，分別整定比例度、積分時 間和微分時間變化T的變化過程，總結(jié)三個參數(shù)對性能的影響。針對以上問題，編寫程序進行計算機仿真，寫出書面報告，上交源程序及仿 真結(jié)果。F進料-、系統(tǒng)控制器的設(shè)計(1)閉環(huán)PID控制器設(shè)計圖1簡單單回路PID控制設(shè)計圖(2)前

2、饋一一反饋控制設(shè)計圖圖2前饋一一反饋控制設(shè)計圖、分別給出 U及F為單位階躍變化時，出口溫度T變化的曲線圖3簡單單回路PID控制simulink 仿真圖(1) 控制器的相關(guān)參數(shù)：Kp=0.33; Td=3.6; Ti=12.5;(2) 控制器的傳遞函數(shù)：/X12.5*S 36*S, 1 1G(s)=Kp* 1 J * s +Td*s =0.33I |i(3) U及F為單位階躍變化時的響應(yīng)曲線(仿真結(jié)果)：圖4 U(s)及F(s)階躍響應(yīng)曲線圖(4)總結(jié)比例度、積分時間和微分時間變化T的變化對性能的影響:當(dāng)Kp=0.33; Td=3.6; Ti=12.5時，保持Td與Ti不變，逐漸增大 Kp, 系

3、統(tǒng)性能逐漸變差，當(dāng)Kp1.0時，系統(tǒng)便發(fā)散了；當(dāng)Kp在0.33的 基礎(chǔ)上減小時，系統(tǒng)響應(yīng)曲線的明顯變差，基本上不符合要求；仿真 結(jié)果如圖5、6所示。當(dāng)Kp=0.33； Td=3.6 ； Ti=12.5時，保持Kp與Td不變，逐漸增大積 分作用（即減小積分時間Ti），則系統(tǒng)動態(tài)性能明顯變差，當(dāng)Ti=5時，系統(tǒng)輸出等幅振蕩，再減小積分時間Ti，系統(tǒng)便發(fā)散了；當(dāng)Ti在12.5的基礎(chǔ)上增加時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變差，曲線質(zhì)量變差；仿真 結(jié)果如圖7、8所示。當(dāng)Kp=0.33； Td=3.6 ； Ti=12.5時，保持Kp與Ti不變，逐漸增大微 分作用，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)逐漸變差，當(dāng) Td23.5時，系統(tǒng)階躍響應(yīng)開始

4、 發(fā)散；當(dāng)Td在3.6的基礎(chǔ)上減小時，直至見到零，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變 慢，但系統(tǒng)仍然保持穩(wěn)定。仿真結(jié)果如圖 9、10所示。圖5保持Td與Ti不變，增大增益（減小比例度）的響應(yīng)曲線圖6保持Td與Ti不變，減小增益（增大比例度）的響應(yīng)曲線圖7保持Kp與Td不變，增大積分作用的響應(yīng)曲線（ Ti=5 ）圖8保持Kp與Td不變，減小積分作用的響應(yīng)曲線（Ti=25 ）圖9保持Kp與Ti不變，減小Td的響應(yīng)曲線圖10保持Kp與Ti不變，增大Td (Td=23.5 )的響應(yīng)曲線三、前饋反饋控制系統(tǒng)圖11前饋反饋控制 simulink仿真結(jié)構(gòu)圖(1) 主控制器的相關(guān)參數(shù)：Kp=0.28; Td=7.8 ； Ti=3

5、5.71;(2) 兩個控制器的傳遞函數(shù)：2360S 84 S 4_s2e1372S 196S 7Gc S 二 Kp *i - Td * T * s dS = 0. 28 *17. 8 * S35. 71 * S2OMSO120140ISOIK2MTime pffsert 0(3) U及F為單位階躍變化時的響應(yīng)曲線(在 t=100時F(s)上加了 10%的階 躍擾動)：P Tout *匸1呼1昌3|戸爐Q趟逼晦曰曝圖12前饋一一反饋控制系統(tǒng)仿真結(jié)果圖(4)總結(jié)比例度、積分時間和微分時間變化T的變化對性能的影響：當(dāng)Kp=0.28; Td=7.8 ； Ti=35.71時，保持Td與Ti不變，逐漸增大

6、 Kp,系統(tǒng) 性能逐漸變差，響應(yīng)速度加快，當(dāng)Kp0.65時，系統(tǒng)便發(fā)散了；當(dāng)Kp在0.28 的基礎(chǔ)上減小時，系統(tǒng)響應(yīng)曲線的明顯變差，基本上不符合要求；仿真結(jié)果 如圖13、14所示。當(dāng)Kp=0.28; Td=7.8 ； Ti=35.71時，保持Kp與Td不變，逐漸增大積分作用(即減小積分時間Ti)，則系統(tǒng)動態(tài)性能明顯變差，超調(diào)量逐漸增大，響應(yīng)速度變快，當(dāng)Ti=3.33時，系統(tǒng)輸出等幅振蕩，再減小積分時間 Ti，系統(tǒng)便 發(fā)散了；當(dāng)Ti在35.71的基礎(chǔ)上增加時，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變差，響應(yīng)速度變 慢，系統(tǒng)輸出沒有超調(diào)，但是系統(tǒng)仍然保持穩(wěn)定；仿真結(jié)果如圖15、16所示。當(dāng)Kp=0.28; Td=7.8 ； Ti=35.71時，保持Kp與Ti不變，逐漸增大微分作用， 系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)逐漸變差，當(dāng) Td24.5時，系統(tǒng)階躍響應(yīng)開始發(fā)散；當(dāng) Td在 7.8的基礎(chǔ)上減小時，直至見到零，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變差，并且出現(xiàn)超調(diào)，但系統(tǒng)仍然保持穩(wěn)定。仿真結(jié)果如圖17、18所示圖13保持Td與Ti不變，逐漸增大 Kp （減小比例度 Kp=0.65）的響應(yīng)曲線圖14保持Td與Ti不變，逐漸減小 Kp （增大比例度Kp=0.1 ）的響應(yīng)曲線圖15保持Kp與Td不變，逐漸增大積分作用（即減小積分時間Ti=0.1