天津大學 控制系統(tǒng)分析與設計仿真課設

1、天津大學自動化學院控制系統(tǒng)分析與設計 姓名： 趙 文 學號： 3010203052 班級： 自動化2班 2013.08.23v 對所有過程控制系統(tǒng)對象進行分析，分析所有參數的變化情況；（1） 單容非自衡對象（2） 單容自衡對象改變放大系數K改變時間常數T（3） 多容非自衡過程多容非自衡系統(tǒng)，改變T1或改變T2系統(tǒng)的響應曲線的變化差別不大（4） 多容自衡過程時間常數越大，系統(tǒng)反應越慢，上升時間越長放大系數越大，系統(tǒng)發(fā)硬越快，上升時間越短改變多容的階數v 設計單回路，掌握PID三個參數對控制系統(tǒng)性能的影響；1) 純比例控制比例控制的作用是：加快反應速度，減小余差，同時也加強震蕩2) 比例作用加入積

2、分：積分作用的效果：最顯著的效果是消除穩(wěn)態(tài)誤差，只有有積分作用就能消除，而與積分作用的大小無關，同時也引入不穩(wěn)定因素，積分作用越大，則加強震蕩，因此加大超調量，使調節(jié)時間變長。3) 比例加微分作用：微分作用的效果：加入微分作用，可針對時滯較大的系統(tǒng)，加快上升時間，同時用預測控制的方法，減小超調量。同時加強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4) 比例積分微分作用：將比例積分微分作用與純比例作用，比例積分作用，和比例微分作用相對比：發(fā)現，凡是有積分作用的就沒有余差，微分作用只是起到的減小峰值從而減小超調量，加快上升時間的作用。在仿真圖中，PID控制的效果曲線最佳。v 對單回路其他環(huán)節(jié)進行模擬仿真（1） 對執(zhí)行環(huán)節(jié)可見

3、，執(zhí)行環(huán)節(jié)的時間常數越大，仿真曲線震蕩越劇烈，嚴重變形，需要重新設定PID參數才能使其達到目標反應曲線。需要加大比例作用和微分作用，減小積分作用。對于執(zhí)行環(huán)節(jié)時間常數為T=5，對比校正后的和矯正前的曲線：（2） 對控制對象時間常數較大的被控對象，反應較為遲緩，超調也大，加大比例控制作用Kp，曲線有明顯改善。被控對象時間常數為T=25，對比圖：（3） 對檢測變送環(huán)節(jié)加大檢測變送環(huán)節(jié)的時間常數后，時間常數越大震蕩越激烈，超調量越大應該減小積分作用，加大微分作用：對于檢測變送環(huán)節(jié)時間常數為T=1時，對比圖：l 深入理解根軌跡法的基本原理；掌握根軌跡的繪制方法、增益的選擇、穩(wěn)態(tài)誤差的消除措施等；%純比

4、例控制的根軌跡num = 1;den = conv(1,1,conv(15,1,0.01,1);G=tf(num,den);sys=feedback(G,1);%加入微分積分控制num1 = 7,1;den1 = conv(1,0,conv(1,1,conv(15,1,0.01,1);G1=tf(num1,den1);subplot(1,2,1); rlocus(sys) ;subplot(1,2,2); rlocus(sys1);figurestep(sys);hold on step(sys1);放大近虛軸出可得l 深入理解頻域響應法的基本原理；掌握Bode圖的繪制方法、帶寬頻率的選擇；基

5、于Bode圖法調整控制系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標方法num=10; den = conv(1,1,conv(15,1,0.01,1);gh1=tf(num,den);figure(1);bode(gh1);hold ongrid;num=100gh2=tf(num,den);bode(gh2);Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1=margin(gh1)Gm2,Pm2,Wcg2,Wcp2=margin(gh2)Gm1 =61.7079Pm1 =66.4267Wcg1 =10.3312Wcp1 =0.5742Gm2 =6.1708Pm2 =22.0233Wcg2 =10.3312Wcp2 =2.48

6、61l 串級控制系統(tǒng)的設計，與單回路比較；在第100秒加入一次擾動，在第200秒加入第二次擾動發(fā)現串級控制系統(tǒng)在抑制二次擾動的效果上有明顯優(yōu)勢。l 前饋控制系統(tǒng)設計，與單回路比較；加入幅值為10的擾動，擾動越大，前饋對比單回路的優(yōu)勢越明顯動態(tài)前饋 在40S 時加入動態(tài)前饋完全補償v 其它控制系統(tǒng)設計，與單回路比較；比值控制與單回路控制比較：v 數字PID控制算法的實驗研究。第二部分 液位課程設計設計一 被控對象的實驗建模一、設計要求1. 了解水槽控制系統(tǒng)的結構及組成；2. 掌握響應曲線法建立數學模型；3. 熟悉Honeywell數字調節(jié)器的用法及調試；4. 對整個水槽控制系統(tǒng)有一個整體了解；5

7、. 單回路控制系統(tǒng)的最佳參數的計算方法。二、設計步驟1、 設計控制系統(tǒng)接線圖；并聯好線。2、 給儀器上電，并且打開水泵，同時緩慢打開管道上的閥門。3、 把調節(jié)器調至手動狀態(tài)，調節(jié)輸出使其固定在一個定值。4、 當液位穩(wěn)定后，打開記錄儀開始記錄，然后突然改變調節(jié)器的輸出，使調節(jié)閥的開度突然增加或減少。5、 用記錄儀記錄下液位的變化情況，直到液位穩(wěn)定。6、 用響應曲線法計算出一階水槽的數學模型；7、 根據表1-1計算出單回路控制系統(tǒng)的最優(yōu)參數。繪圖儀液位顯示器液位變送器500歐姆調節(jié)器B250歐姆執(zhí)行器A三、實驗建模接線圖如下響應曲線法整定一階模型： G (S) = K0 / (T0S+1) e -

8、s 當t>時，h（）-h（0）=Kx0，因而有K= (2-6) 當t=T時，則有h(T)=Kx0(1-e-1)=0.632Kx0=0.632h() (2-7) 下圖為 閥門開度變化為從15%到25% =10%由圖得 K=3.2 T0=55.6s =10s1、合理選擇階躍擾動量，通常使調節(jié)器輸出增加10%或減少10%。2、實驗應在相同條件下重復做幾次，需獲得兩次以上的比較接近的響應曲線，減小干擾的影響。3、實驗應在階躍信號作正、反方向變化時分別測出其響應曲線，以檢驗被控過程的非線性程度。4、在實驗前，即在輸入階躍信號前，被控過程必須處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在一次實驗完成后，必須使被控過程穩(wěn)定一

9、段時間后，再施加測試信號作第二次實驗。5、記錄儀參數設置：首先調整好記錄儀零點；設置量程為：5v；設置走紙速度：12mm/min設計二 一階單回路控制系統(tǒng)參數整定一、設計要求1、熟悉實驗系統(tǒng)，了解各儀表的功能及有關操作。2、利用所提供的實驗設備，設計組成一個一階單回路液位控制系統(tǒng)。3、了解閉環(huán)控制系統(tǒng)的特性。4、熟練掌握單回路控制系統(tǒng)的參數整定過程；5、了解PID各參數在調節(jié)過程中的作用。二、實驗結果1.首先采用P調節(jié)：比例度為 35% 初始液位10.7 穩(wěn)定液位30.72. 調整P調節(jié)參數比例度為39% 加擾動后的響應 初始液位10.7 穩(wěn)定液位為30.7（加大比例度減小比例作用之后，超調明

10、顯減少）3. 采用PI調節(jié) 圖1比例度為49% Ti=0.78 初始液位36 穩(wěn)定液位564. 調節(jié)PI調節(jié)參數圖2 比例度為43% Ti=0.65 初始液位12.1 穩(wěn)定液位32.1（由于圖一波形較為平穩(wěn)，加大比例作用和積分作用，為使其達到完美4:1衰減控制）圖三比例度為40% Ti=0.73 擾動為放水擾動 擾動為加水擾動 兩者最后都趨于穩(wěn)定思考題：1. 有哪幾種擾動，這幾種擾動對系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性的影響有何異同？ 有給定擾動和外加擾動兩種擾動。兩者對系統(tǒng)的傳遞函數的分母一致，即兩者對系統(tǒng)的動態(tài)特性影響一致，但分子不同，意味著對系統(tǒng)的靜態(tài)特性影響不一樣。2. 與執(zhí)行閥并聯的電阻減小，從5