计算机过程控制实验报告

实验报告

课程名称计算机控制技术

实验名称过程控制实验

实验日期2015.6.30

学生专业测控技术与仪器

学生学号912101170116

学生姓名陈昊飞

实验室名称机械院院办420

教师姓名江剑

成绩

南京理工大学机械工程学院

实验1 控制系统动态特性测试

一、实验目的

在设定值和扰动信号的作用下，过程控制系统的输出可由两条通道来产生：

控制通道：设定值对被控变量影响的通道，其作用是抵消扰动影响，以使被控变量尽可能快地维持在给定值附近。

干扰通道：干扰信号对被控变量影响的通道。 本实验通过控制通道和干扰通道的增益、时间常数和时滞的变化，测试被控对象特性对控制系统性能的影响。

二、实验内容

(1) 增益对控制系统的影响 假设被控对象的传递函数为G0(s)=2e

-10s

/(35s+1),考核系统在单位阶跃信号作用下，

不同控制通道增益下系统的响应，运行下列matlab 语句，观察响应曲线，得出有关结论。

%研究控制通道增益Kc 对系统的影响 G0=tf(2,[35 1]); % 2/35s+1

[np,dp]=pade(10,2);Gp=tf(np,dp); % e-10s G1=G0*Gp;

Kc=1:0.5:2.5; % Kc=1 1.5 2.0 2.5 hold on

for i=1:length(Kc)

Gc=feedback(Kc(i)*G1,1); step(Gc); %阶跃响应 pause %等键盘 end

从图形可以看出，随着控制通道增益Kc 的增加，系统的稳态误差减少，但系统的稳定性变差。（结论：放大系数Kc 一般希望大一点，Kc 大表明操纵量对被控量校正作用有较大的灵敏度，有利于提高控制质量）

假设系统的传递函数为G0(s)=2e

-10s

/(35s+1),干扰的传递函数为Gd(s)=2e

-5s

/(7s+1),

则系统在单位阶跃扰动信号的作用下，不同扰动增益的响应曲线可以通过，运行下列matlab 语句来观察：

%研究扰动通道增益Kd 对系统的影响 G0=tf(1,[7 1]);

[np,dp]=pade(5,2);Gp1=tf(np,dp); Gd=G0*Gp1;

G1=tf(2,[35 1]);

[np,dp]=pade(10,2);Gp2=tf(np,dp); Go=G1*Gp2; Kc=1.5;

G3=feedback(Go,Kc); G4=Gd*G3; hold on Kd=1:4

for i=1:length(Kd) G=Kd(i)*G4; step(G);

pause %等键盘 end

从图形可以看出，随着扰动通道增益Kd的增加，系统的稳态误差增加，并且扰动作用下的输出响应也增加。（结论：放大系数Kd愈大，被控制量的超调量愈大，一般要求Kd愈小愈好）。

（2）时间常数对控制系统的影响

时间常数T是指当被控对象受到阶跃输入信号作用后，被控量以初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。时间常数T是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的，反映了被控变量的变化快慢，因此T是对象的一个动态参数。

%研究控制通道时间常数T对系统的影响

Kc=1.5;

T=[25 35 45];

hold on

for i=1:length(T)

G0=tf(2,[T(i) 1]);

[np,dp]=pade(10*T(i)/35,2);Gp=tf(np,dp);

G1=G0*Gp;

Gc=feedback(Kc*G1,1);

step(Gc);

pause;

end

假设被控对象的传递函数为G0(s)=2e

-10s

/(Ts+1),考核系统在单位阶跃信号作用下，不

同T 值（25，35，45）下系统的响应，运行下列matlab 语句，观察响应曲线，得出有关结

论。

从图形可以看出，随着T 的变大，系统的振荡频率变小，系统的动态响应变慢，过渡过程时间加长。（结论：时间常数T 小，对象动态响应快，控制及时，有利于克服干扰；但T 过小，会引起过渡过程的振荡，不利于控制质量提高，因此，T 应适当；）

设T0=35，改变扰动通道的时间常数Td （10，35，50），观察扰动阶跃响应曲线。

4 %研究扰动通道不同时间常数对系统的影响 G0=tf(2,[3

5 1]); Kc=1.5;

G1=feedback(G0,Kc); Td=[10 35 50]; hold on

for i=1:length(Td) Gd=tf(5,[Td(i) 1]); G=Gd*G1; step(G); pause end

系统扰动通道的时间常数Td 越大，扰动对输出的影响越缓慢，有利于系统克服干

扰的影响，提高控制系统质量。（结论：时间常数Td愈大，干扰对被控量的影响愈平缓，时间常数Td愈小，干扰对被控量的影响愈大，因此一般要求Td大一些为好；）

（3）时滞对控制系统的影响

控制通道的时滞t0

时滞t0指输出变量的变化落后于输入变量变化的时间。滞后的产生是由于介质的输送或热质传递需要一段时间所引起的，时滞t0也反映了被控对象的动态特性。

时滞t0的存在使系统的稳定性变差，用t0/T0反映系统时滞的相对影响，t0/T0>0.2时，简单的控制系统已很难满足要求，要考虑负责方案。

试增加t0考察对曲线的影响。

扰动通道的时滞

扰动通道的td不会对系统的稳定性产生影响，仅仅表示扰动进入系统的时间先后对系统的动态品质没有影响。