过程控制系统地MATLAB实验Word文件下载.docx
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。
采用PID控制器。
1、试建立simulik仿真系统进行仿真;
(画出控制系统框图)
2、采用P控制器、比例作用(proportional)为10;
C=0.96
第一峰值=1.446第二峰值=1.089
B=1.446-0.96=B`=1.089-0.96
衰减比n=B/B`
超调亮σ=B/C
余差e=r-C=1-0.96
过渡过程时间Ts=4.6s
3、采用PI控制器、比例作用(proportional)为10,积分作用(integral)为5;
C=1
第一峰值=1.527第二峰值=1.172
B=1.527-1=0.527B`=1.172-1=0.172
余差e=r-C=1-1=0
过渡过程时间Ts=1.95s
4、采用PID控制器,比例作用(proportional)为10,积分作用(integral)为5和微分作用(derivative)为0.3。
第一峰值=1.362第二峰值=1.053
B=1.362-1=0.362B`=1.053-1=0.053
过渡过程时间Ts=1.35s
观察并记录:
在②、③和④的情况下的衰减比,超调量,余差,过渡过程时间。
5、采用P控制器,改变比例作用(proportional)从0.1到3。
观察输出曲线的变化,用根轨迹理论说明为什么?
Kp=0.1
Kp=0.5
Kp=1.3
Kp=2
Kp=3
3、采用P、PI和PD控制器验证参数变化对输出的影响
设一流量控制系统如图1所示,对象的传递函数为:
1)、采用P控制器,令增益分别为:
10;
30;
60,观察输出变化。
①、超调量;
②、误差;
③、震荡情况。
Kp=10
C=0.789
第一峰值B=0.817
超调量=B/C=
误差=1-C=
震荡情况:
ts=0.508
Kp=30
C=0.918
第一峰值B=1.100
ts=0.53s,
Kp=60
C=0.958
第一峰值B=1.276
ts=0.581s
2)、采用I控制器,令积分强度分别为:
1;
20;
30,观察输出变化。
Ki=1
第一峰值B=1.021
误差=1-C=0
ts=5.48s
Ki=20
第一峰值B=1.860
ts=42.38s
Ki=30
C=∞
第一峰值B=
ts=s
3)、采用PD控制器,令增益为:
200,微分强度分别为:
5;
10,观察输出变化。
Kd=1
C=0.987
第一峰值B=1.430
ts=0.430s
Kd=5
第一峰值B=1.127
ts=0.2s
Kd=10
不震荡
4、验证在不同控制参数下的输出变化
观察在不同的P、I和D数值下的输出变化(通过观察,了解在数值增加或减少过程中,系统输出是:
震荡或不震荡;
误差变大或减小;
超调量变大或减小;
过渡过程时间变长或缩短等)。
以上实验为第一次实验报告内容。
下面的实验为第二次实验报告内容。
5、PID控制器参数的工程整定
理想PID
或
在MATLAB的simulink模块中的PID控制器参数分别为:
1、比例作用(proportional)强度是:
(
为比例度);
2、积分作用(integral)强度是:
为积分时间);
3、微分作用(derivative)强度是:
为微分时间)。
请用函数
作为对象的传递函数建立一个反馈控制系统,采用工程整定法中的临界比例度法和衰减曲线法整定控制器参数,使输出曲线满足4:
1的衰减比。
要求确定在控制规律为:
P、PI、PD和PID时的控制器参数。
(参考教材中76页表4-4和77页表4-5)
临界比例度法:
临界比例度δk=1/K=1/7.7=0.130
临界振荡周期Tk=42.18-20.84=21.34s
P控制器:
比例度δ=2δk=0.260
PI控制器:
比例度δ=2.2δk=0.286积分时间Ti=0.85Tk=18.139
PD控制器:
比例度δ=1.8δk=0.5148微分时间Td=0.1Tk=2.134
PID控制器:
比例度δ=1.7δk=0.221
积分时间Td=0.5Tk=10.67
微分时间Ti=0.125Tk=2.6675
衰减曲线法
K=3.33
比例度δs=1/k=0.3
衰减振荡周期Ts=42.168-15.17=2.998
比例度δ=δs=0.3
比例度δ=1.2δs=0.36积分时间Ti=0.5Ts=1.499
比例度δ=0.8δs=0.24
积分时间Ti=0.3Tk=0.8994
微分时间Td=0.1Tk=0.2998
6、设计一个控制系统
用教材中80页的4-7题,建立一个控制系统进行仿真。
设对象的传递函数为:
,变送器的增益为:
2,控制阀的增益为:
3。
采用PI控制器,调整控制器参数使输出曲线达到4:
1的衰减震荡。
所得比例强度为26,积分强度为10
衰减比n=(0.7469-0.5)/(0.5621-0.5)=3.97
调整过程:
K=50I=10n=0.293/0.1212=2.4
K=29I=10n=0.2543/0.0714=3.56
K=20I=10n=0.229/0.0475=4.8
K=25I=10n=0.2442/0.0588=4.15
K=26I=10n=0.2469/0.0621=3.97
7、设计一个串级控制系统并进行控制器参数整定
设有一个蒸汽加热器如图所示,主要扰动为进料流量,其变化幅度较大且频繁,设计合理控制系统,并整定控制器参数,使输出曲线满足4:
设蒸汽加热器的传递函数为:
进料流量的传递函数为:
设蒸汽流量的传递函数为e-s/(5s+1)
蒸汽流量到出口温度的传递函数为
8、设计一个比值控制系统P.118
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