过程控制实验报告

过程控制实验实验报告

班级：自动化1202

姓名：***

学号：*********

2015年10月

信息科学与技术学院

实验一 过程控制系统建模

作业题目一：

常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。

答：常见的工业过程动态特性的类型有：无自平衡能力的单容对象特性、有自平衡能力的单容对象特性、有相互影响的多容对象的动态特性、无相互影响的多容对象的动态特性等。通常的模型有一阶惯性模型，二阶模型等。 单容过程模型

1、无自衡单容过程的阶跃响应实例

已知两个无自衡单容过程的模型分别为s s G 5.01)(=和s

e s

s G 55.01)(-=

，试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

Simulink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：

2、自衡单容过程的阶跃响应实例

已知两个自衡单容过程的模型分别为122)(+=s s G 和s e s s G 51

22

)(-+=

，试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

Simulink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：

多容过程模型

3、有相互影响的多容过程的阶跃响应实例

已知有相互影响的多容过程的模型为1

21

)

(22++=

Ts s T s G ξ，当参数1=T , 2.1 ,1 ,3.0 ,0=ξ时，

试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线

在Simulink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：

4、无相互影响的多容过程的阶跃响应实例

已知两个无相互影响的多容过程的模型为)

1)(12(1

)

(++=

s s s G （多容有自衡能力的对象）和

)

12(1

)(+=

s s s G （多容无自衡能力的对象），试在Simulink 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

在Simulink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：

作业题目二：

某二阶系统的模型为2

() 22

4n

G s s s n n

ϖζϖϖ=

++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ϖ两个参

数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：

（1）2n ϖ=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；

从上至下ζ分别为0.1,0.8，1.0,2.0

（2）0.8ζ=不变时，n ϖ分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

从下到上wn 分别为2,5,8,10

实验二PID控制

作业题目：

建立如下所示Simulink仿真系统图。

利用Simulink仿真软件进行如下实验：

1.建立如图所示的实验Simulink原理图。

2.双击原理图中的PID模块，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。

3.进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。

由以上三组响应曲线可以看出，纯比例控制对系统性能的影响为：

比例调节的余差随着比例带的加大而加大，减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统真激烈震荡甚至不稳定，比例带很大时，被调量可以没有超调，但余差很大，调节时间也很长，减小比例带就引起被调量的来回波动，但系统仍可能是稳定的，余差相应减少。

4.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。

由以上四组响应曲线可以看出，比例微分控制对系统性能的影响为：可以提高系统的稳定性，引入适当的微分动作可以减小余差，并且减小了短期最大偏大，提高了振荡频率

5.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。

由以上响应曲线可以看出，比例积分控制对系统性能的影响为：消除了系统余差，但降低了稳定性，PI调节在比例带不变的情况下，减小积分时间TI（增大积分增益I），将使控制系统稳定性降低、振荡加剧、调节过程加快、振荡频率升高

6.重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。

由以上几组响应曲线可以看出，比例积分微分控制对系统性能的影响为：提高系统稳定性，抑制动态偏差，减小余差，提高响应速度，当微分时间较小时，提高微分时间可以减小余差，提高响应速度并减小振荡，当微分时间较大时，提高微分时间，振荡会加剧。

7.将PID控制器的积分微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。

经过调整，当比例P=1时，终值r=0.5，第一个波峰值y1=0.72，第二个波峰值y2=0.55，衰减比约为4，如下图所示

8.修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例增益值。

经过调整，当比例P=12时，终值r=0.93，第一个波峰值y1=1.6，第二个波峰值y2=1.25衰减比约为2，如下图所示

9.修改比例增益，使系统输出呈现临界振荡波形，记下此时的比例增益。

P=100 p=1000

由图可知，Kp值越大，系统的衰减比越小。故要使系统呈现临界波形，可使Kp趋于无穷大

10.将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断修改比例、积分增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2,4,10，记下此时比例和积分增益。将PID控制器的比例、积分、微分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断修改比例、积分、微分增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=2,4,10，记下此时比例、积分、微分增益。

对系统进行比例积分控制：

n=2

经过调整，当比例P=2，I=0.6时

终值r=1，第一个波峰值y1=1.30，第二个波峰值y2=1.16，衰减比约为2，如下图所示