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过程控制仿真实验.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.04M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    过程控制实验
    实验一 用临界比例度法整定单回路反馈控制系统
    二 实验原理
    图 1-1
    表 1-2
    三 试验步骤
    图 1-6
    图 1-7
    图 1-9
    图 1-10
    实验二 用衰减曲线法整定单回路反馈控制系统
    二 实验原理
    实验三 用飞升曲线法整定单回路反馈控制系统
    二 实验原理
    三 试验步骤
    二 实验原理
    过程控制实验 实验一 用临界比例度法整定单回路反馈控制系统 一 实验目的 1 熟悉临界比例度法的整定方法。 2 了解阶跃响应的一般规律。 二 实验原理 临界比例度法是目前应用比较广泛的一种整定方法，这种方法的特点是： 不需要对被控对象单独求取响应曲线，而直接在闭环反馈控制系统中进行整定 (实验框图见实验指导书末)。 这种方法的要点是：使调节器对被控对象起控制作用，但调节器先要当作比例调 节器(Ti=∞，Td=0)，从较大的比例度δ开始作实验，逐步减小比例度δ，每改变 δ一次，作一次定值干扰实验，观察控制过程曲线，看看被控参数是否达到临界 振荡状态，如果控制过程波动是衰减的，则应把比例度继续减小, 如果控制过程 波动是发散的, 则应把比例度放大一些，一直实验到比例度减小到被控参数作临界 振荡为止。这时比例度就是临界比例度δk，来回波动一次的时间就是临界周期 Tk (临界振荡曲线如图 1-1 ) 图 1-1 这时控制系统已处于“临界状态”。记下这时的波动周期 Tk 以及临界比例度δk， 再跟据表 1-2 的经验公式，计算调节器的最佳参数。 1
    表 1-2 Ti(s) Td(s) 0.85Tk 0.5Tk 0.13Tk 控制规律 P PI PID δ(%) 2δk 2.2δk 1.7δk 三 试验步骤 1 开机执行 c：\ MATLAB (用鼠标双击 MATLAB 图标) 进入 MATLAB：“Command Windows”。 2 在 MATLAB 命令窗口上键入 M 文件命令: mainmap0 欢迎画面闪动 5 秒钟后，进入主窗口，如图 1-4 所示。 进行某一实验点击相应按钮，实验结束后点按退出按钮会回到这个窗口，已 进行下一个实验，另外可以点按索引和详细情况进行查询，本实验点击实验 一即可进入临界比例度法的演示实验。 图 1-4 3 进入实验一显示窗口如 1-5 所示。 先将 Ti=∞(MATLAB 中 inf 即为无穷大) Td=0 取一个比较大的δ(1/kp)开 始试验。 建议选择参数：给定阶跃幅值 1 1-e3 仿真精度 0.1 仿真步距 1000 仿真点数 图像显示点数 1000 1/Kp 0.1 2
    图 1-5 (1) 点击运行显示在现在参数下的系统阶跃响应图像如图 1-6 。 (2) 点击详细情况显示如图 1-7。 图 1-6 3
    图 1-7 (3) 单击观察等幅振荡后面的确定按钮显示振幅列表，以帮助确认系统振荡 是否等幅。数据具体意义由图 1-8 所示。 图 1-8 y1 为第一波峰值,t1 为相应时间。 y2 为第一波谷值,t2 为相应时间。 以下同上。 4
    (4) 根据系统阶跃响应曲线和观察振幅列表反复调整比例度δ,使系统阶跃 响应达到等幅(即系统的临界状态)，读出这时的比例度δk 并求出振荡周期 Tk 关闭窗口，回到图 1-5 所示窗口。 4 参照表 1-2 计算出调节器的整定参数δ Ti Td。将这些参数填到图 1-5 所示 窗口中的相应位置，点击运行可观看系统阶跃响应曲线。 5 点击详细情况，显示如图 1-7 所示，选择观看整定结果参数后面的确 定按钮，显示如图 1-9 所示。 图 1-9 6 选取相应误差带后，选择制图按钮显示精确的闭环阶跃响应曲线如图 1-10 所示。 7 点击详细资料，会列出系统阶跃响应的各种数据，上升时间，过度过程 时间，余差，和最大超调量。记录这些数据，看是否满足要求。 注意：求得δk 计算出 Tk 以后，算出δ，Ti，Td。先把δ放到比计算 值稍大一点的数值上，然后把 Ti 加上。如果效果不理想，在放上 微分时间 Td，最后再把δ放回计算值，适当调整比例度，使系统 处于最佳状态。 5
    图 1-10 从零点到黄色垂线的距离(时间)对应上升时间。 从零点到蓝色垂线的距离(时间)对应过度过程时间。 实验框图 给定 + 控制器 广义对象 干扰 + + 输出 注意事项： 1 试验时不要关闭主窗口，应实验完成后再退出。 2 阶跃幅值应是正数。 3 图像显示点数应小于实验点数，访真步距是秒，程序中其他的与时间有关的 6
    量的单位都是仿真步距。 4 误差带的选择决定了进入稳态的时间，即过渡过程时间，但如果实验 点数过少，可能显示不出来。 5 试验点数和显示点数可跟据计算机性能增减 实验二 用衰减曲线法整定单回路反馈控制系统 一 实验目的 1 熟悉临界比例度法的整定方法。 2 了解比例度和响应曲线衰减的规律。 二 实验原理 衰减曲线法是在总结临界比例度法基础上发展起来的。这种方法不需要大量 凑试，也不需要得到临界波动过程，而直接求得调节器的比例度，整定步骤简单明 了，衰减曲线法根据工艺需要分（4：1）衰减和（10：1）衰减两种，先分别介绍 如下。（实验框图见实验指导书末） 1（4：1）衰减曲线法 同临界比例度法一样，在闭环情况下，先把调节器当作纯比例调节器(Ti= ∞,Td=0)，先将比例度放到比较大的数值,逐步减小比例度，并加定制扰动，直到 系统出现如图 2-1 所示的（4：1）的衰减过程为止。这时控制过程的比例度称为 （4：1）衰减比例度δs，两相邻波峰之间的时间称（4：1）衰减周期 Ts。再根据 表 2-3 经验公式，计算调节器整定参数δ，Ti，和 Td。 2（10：1）衰减曲线法 在实际生产过程中，往往对控制过程的稳定性有不同的要求。对有的生产 过程来说，感到（4：1）衰减过程稳定性不够高，这时可采取（10：1）衰减过程。 因此引出（10：1）衰减曲线法，如图 2-2 所示。其中δs 为调节器作为比例作用 时的比例度，To 为控制过程上升时间。这里不采用控制过程波动周期，原因在于 曲线衰减很快，控制周期测不准确。 有了δs 和 To 以后，再根据表 2-4 经验公式计算调节器整定参数δ，Ti，和 Td。其它步骤和（4：1）衰减曲线法完全相同。 7
    图 2-1 图 2-2 表 2-3 ф=0.75 8
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