过控设计1

武汉理工大学华夏学院

课程设计报告书

题目：工业被控过程建模与闭环控制系统的工程整定系名：信息工程系

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2015 年10 月29 日

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：自动化1122班

指导教师：陈艳三工作单位：信息工程系

题目：工业被控过程建模与闭环控制系统的工程整定

一．初始条件：

1.给出单容储液槽液位机理建模的过程。

2.给出工程建模的方法。

3.给出广义被控对象的单位阶跃响应输出数据。

4.给出经典的工程整定方法。

5.给出使用MATLAB软件建模、绘制与拟合曲线、仿真运行和整定调试的方法。二．要求完成的主要任务：

（一）．设计任务

本设计要求完成如下三个部分的设计任务，分别是：

1. 应用机理法对某一工业生产过程建立数学模型。要求：

①．最终推导出的模型的传递函数为：；

②．用计算机软件绘制出示意图，设计报告中的图形要统一进行编号。

③．写出建模的详细推导过程，推导过程中所涉及的表达式要统一进行编号。

2.应用MATLAB软件对下表给定的工程数据进行工程测试建模。

第二组数据：（学号为3n+1的学生应用）

t(s) 0 1.02 1.72 2.69 3.99 5.7 7.7 9.7

y0 0.02 0.07 0.22 0.57 1.23 2.19 3.22

t(s)11.7 13.7 15.7 17.7 19.7 21.7 23.7 25.7

y 4.21 5.12 5.93 6.62 7.21 7.7 8.11 8.45

t(s)27.7 29.7 31.7 33.7 35.7 37.7 39.7

y 8.73 8.96 9.14 9.3 9.43 9.53 9.61

t(s)41.7 43.7 45.7 47.7 49.7 51.7 53.7

y 9.68 9.74 9.79 9.83 9.86 9.88 9.91

t(s)61.7 67.7 73.7 83.7 91.7

y 9.96 9.98 9.99 10 10

具体要求：

⑴按照任务书给出的广义被控生产过程的单位阶跃输入下的输出数据，应用MATLAB软件绘制出其响应曲线。

⑵写出应用切线法建立数学模型的具体步骤。要求用计算机绘制其切线图形，并在图上做出详细标注。

⑶写出广义对象传递函数。用计算机在同一图形界面下绘制出阶跃响应曲线和拟合后的曲线。

3. 对所建立的被控对象数学模型，应用MATLAB软件，建立闭环控制系统模型，并广义进行工程整定的仿真。具体要求：

⑴以得到的对象数学模型为广义被控对象，在MA TLAB中建立闭环控制系统仿真模型。

⑵至少用一种方法进行工程整定。要求给出整定过程中的模型及中间得到的图形数据。写出具体的整定步骤和得到的整定参数。

⑶经过反复整定，给出最终的整定参数、闭环响应曲线。

⑷对研究过程所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论。

三．时间安排：

时间设计内容使用设备

第一周查阅资料，用机理法为某一工业被控过程建立数学模型

使用过程控

制实验室电

脑或自备装

有MATLAB软

件的电脑进

行设计。

查阅MATLAB资料，绘制出阶跃响应曲线

用切线法建立被控过程数学模型

根据所得数学模型，用MATLAB建立闭环系统仿真模型

第二周进行闭环系统的工程整定，得出整定结果

完成设计报告

答辩并上交设计报告

摘要

过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。由于工业生产过程复杂多样，因此，在设计工业生产过程控制系统时，首先必须花大量的时间和精力去了解该工业生产过程的基本原理、操作过程和过程特性，这是设计和实现一个工业生产过程的首要条件。要实现过程自动控制，还需要对整个工业生产过程的物料流、能源流和生产过程中的有关状态进行准确的测量和计量。根据测量得到的数据和信息，用生产过程工艺和控制理论知识来管理和控制该生产过程。

控制系统的控制品质，与被控过程的特性、干扰信号的形式、控制方案及控制器的参数有关。一旦方案确定，广义对象特性、干扰因素就完全确1定，不可随意改变。这时控制器的参数整定就决定控制系统的控制品质。控制系统的整定就是对于一个已经设计并安装好的控制系统，通过控制器参数的调整，使得系统的过度过程达到最为满意的质量指标。因此，通过建立数学模型和控制器参数工程整定的实践不仅可以掌握工程整定方法，而且还可以进一步深化P、I、D参数对控制性能的影响的认识，乃至对整个控制系统的控制性能的影响因素都有更加深入的认识。

MBATLA软件是一款进行高效工程计算、数据分析与可视化编程、系统仿真、科学和工程绘图等功能强大的优秀软件。能够用于系统建模和仿真，方便用于系统参数整定。

关键字：控制器 PID调节 MATLAB仿真切线画法

1MATLAB 仿真软件的介绍

1.1 MATLAB 应用简介

MATLAB 是“矩阵实验室(Matrix Laboratory)”的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，是专门针对科学和工程中计算和绘图的需求而开发的。MBATLA 软件是一款进行高效工程计算、数据分析与可视化编程、系统仿真、科学和工程绘图等功能强大的优秀软件。其中simulink 仿真软件包功能强大、操作简单，是进行系统建模、仿真、科学与工程分析计算的强大有力工具。它的基本数据元素是没有维数限制的阵列（矩阵）。MATLAB 是一种高效的工程计算语言，其典型应用主要包括以下几个方面： （1）数学计算；

（2）算法开发； （3）数据采集； （4）系统建模和仿真； （5）数据分析和可视化； （6）科学和工程绘图；

定义变量并给变量赋值命令可直接在命令窗口中输入：变量名=[元素值]。例如定义变量A 为矩阵

可直接在命令窗口中输入A=[1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12]

注意：同一行内不同列元素用空格或逗号分隔开，不同行之间用分号分隔。

1.2 MATLAB 二维绘图简介

使用plot 命令绘制图形

()plot x,y

其中x,y 可为向量或矩阵 ,当x,y 同为n 维向量时，使用该命令，将绘制出以向量x 的元素为横坐标，y 向量对应元素为纵坐标的图形。

1.3 MATLAB 在本实验设计中的任务

本设计要用MBATLA 软件完成一下两个大的设计任务，分别是： （1）对某一对象进行机理建模和工程测试建模；

1

2345678910

1112A ⎛⎫

⎪

⎪ ⎪⎝

⎭

=