自動(dòng)化儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)課程答辯作業(yè)剖析

1、1.1.1如下圖所示為系統(tǒng)的連接圖， 其中水流量作為檢測(cè)副回路， 溫度作為檢測(cè)主回路下圖為系統(tǒng)的方框圖，如圖所示1.2當(dāng)冷水流量突然增大， 副回路首先檢查到流量的變化， 從而調(diào)節(jié)電磁閥， 限制冷 水流量；然后是爐內(nèi)檢測(cè)到溫度下降， 主回路作用調(diào)節(jié)閥， 同樣減小電磁閥開(kāi)度， 這樣提高了整個(gè)系統(tǒng)的控制精度2. 采用兩點(diǎn)法計(jì)算一階慣性環(huán)節(jié)函數(shù)：Matlab 代碼： t=0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;h=0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3; %階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) plot(t,h);xlabel(時(shí)間 t(s);ylabel

2、(液位 h(mm);grid on;hold on;ht1=0.39*6.3;ht2=0.63*6.3;plot(0,100,ht1,ht1); hold on;plot(0,100,ht2,ht2); x,y=ginput(1)x1,y1=ginput(1)x = 18.4783 y = 2.4533 x1 = 26.8904 y1 = 3.9841 gtext(t1= 18.3573 ) gtext(t2= 27.0628 ) T=2*(x1-x) T = 16.8242 tao=2*x-x1 tao = 10.0662根據(jù) Matlab 得到的數(shù)據(jù)可得：h( ) h(0)u6.30.1T

3、=2(t2-t1)=16.8242=2*t1-t2=10.0662由上可得 G(s)63 10s e 16.8s 1根據(jù)該傳遞函數(shù) G( s)可在 simulink 中仿真得到如下框圖：采用柯恩 -庫(kù)恩方法整定 PID參數(shù)：在 Matlab 中輸入如下命令： Kp=(0.9*(T/tao)+0.082)6/ 3Kp =0.0252 x=tao/Tx =0.5983 Ti=(3.33*x+0.3*x*x)/(1+2.2*x)*TTi =15.2516 Ki=Kp/TiKi =0.0017可得： Kp=0.0252 Ti=15.2516 Ki=0.0017在 simulink 中的 PID控制器輸

4、入 Kp和 Ki 可得如下的曲線：1.5經(jīng)修改后的 Kp=0.0068 Ki=0.00675 得到如下曲線更好K PK 0.9( T) 1 0.082TI T 3.33( T) 0.3( T)2/1 2.2( T)3.控制器類由階躍響應(yīng)整定由頻域響應(yīng)整定型KpTiTdKpTiTdP控制器TK0.5KcPI控制器0.9TK30.4Kc0.8TcPID控制器1.2T K20.50.6Kc0.5Tc0.12TcPID 控制器參數(shù)的 Ziegler Nichols 經(jīng)驗(yàn)整定公式3.1 先整定副回路PIDStepPID ControllerPIDPID Controller 1Transfer Fcn1

5、0 s3 +21 s 2 +12 s+1Transfer Fcn 1130 s+1Scope 1ScopeTransportDelay當(dāng) Kp=9.6 Ts=14.76-5.97=8.79 衰減比約等于 41.4根據(jù)阻尼振蕩整定公式可知：Kp=1/1.2s=8 Ki=Kp/Ti=Kp/0.3Ts=3.03 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=7.032加入主回路后：當(dāng) Kp=2.7 Ts=74.62-23.84=40.78 衰減比約等于 4根據(jù)阻尼振蕩整定公式可知：經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)整定：Kp=1/1.2s=2.37 Ki=Kp/Ti=Kp/0.3Ts=0.19 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=11

6、.7712kp=1.97 Kp=0.08 Kd=03.2 延時(shí)加入副回路中的整定：PID30s+1Transfer Fcn 1ScopeScope 11110s3 +21s2 +12 s+1Transfer FcnPID ControllerTransportDelay當(dāng) Kp=1.1 時(shí)Ts=66.3-27.2=39.1衰減比約為 4:1根據(jù)阻尼振蕩整定公式可知：Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=4.3Kp=1/1.2s=0.92 Ki=Kp/Ti=Kp0/ .3Ts=0.094StepScope 1加入主回路后：頻率曲線：Kp=1.3 Ts=114.2-47.1=67.1根據(jù)阻尼振蕩整定

7、公式可知：Kp=1/1.2s=1.08 Ki=Kp/Ti=Kp0/ .3Ts=0.065 Kd=Kp*Td=Kp*0.1Ts=8.72x 10124.4.1 如下圖所示，為系統(tǒng)的連接圖系統(tǒng)連接圖如圖示為畫(huà)出的系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖4.2 判斷進(jìn)水閥的氣開(kāi)氣關(guān)形式 答：當(dāng)進(jìn)水閥為氣關(guān)的時(shí)候，也就是說(shuō)執(zhí)行器通電時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉，系統(tǒng)停止供 水，但如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障停電的時(shí)候， 進(jìn)水閥將會(huì)不受控制， 水箱高度將會(huì)不斷 上升，可能會(huì)導(dǎo)致液位溢出， 所以進(jìn)水閥最好還是選用氣關(guān)形式。 所以執(zhí)行器是 正作用，黨執(zhí)行器執(zhí)行的時(shí)候， 液位高度將會(huì)上升， 那么水箱液位高度也為正作 用， LC為負(fù)作用。需得： W11*N

8、12+W12*N22=0 ，W21*N11+W22*N22=05.5.1Y1W11W12N11N12U1W110U1要使*Y2W21W22N21N22U20W22U2得出： N12=(10s+1)/(5s+1)，N21=-(4s+1)/(s+1)5.2有解耦的方框圖無(wú)解耦的方框圖5.3無(wú)解耦的 simulink 仿真圖：有解耦的 simulink 仿真圖：5.4采用 PID控制器后，設(shè)置 P=38.8 I=D=0得到如下的曲線 經(jīng)觀察解耦后的 y1無(wú)u1的影響， y2也無(wú) u1的影響。55.5無(wú)解耦的階躍響應(yīng)曲線：現(xiàn)象：從有解耦的曲線可以看出 Y1的輸出只和 U1 有關(guān)系，當(dāng) U2 變化時(shí)， Y1沒(méi)有 變化。從無(wú)解耦的曲線可以看出 Y2的輸出只和 U2 有關(guān)系，當(dāng) U1 變化時(shí)， Y2沒(méi)有 變化?，F(xiàn)象分析與原因解釋：在無(wú)