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时间:2018-07-09
《《热工过程自动调节》实验指导书2013》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、《热工过程自动调节》实验指导书高伟 鲁录义 编华中科技大学能源与动力工程学院二O一三年―7―实验一典型环节的动态特性一、实验目的1.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线,熟悉它们的动态特性。2.了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。二、实验仪器与软件1.PC机 1台2.MATLAB10.0环境三、实验内容分别改变几个典型环节的相关参数,观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况(曲线至少3条),并得出规律。1)比例环节(K)2)积分环节()3)一阶惯性环节()4)实际微分环节()5)典型二阶环
2、节()同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如图1-1所求形式,其中传递函数的形式根据不同环节进行设置。―31―图1-1 多响应输出示意图一、实验原理1.比例环节的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-2所示。图1-2比例环节的模拟电路及SIMULINK图形2.积分环节(I)的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。图1-3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形―31―1.惯性环节的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-4所示。图1-4
3、 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形2.微分环节(D)的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。图1-5 微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形3.典型二阶环节的传递函数为其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。图1-6 二阶环节的模拟电路及及SIMULINK图形―31―一、实验步骤1)运行MATLAB软件,在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令,按Enter键或在工具栏单击按钮,即可进入SIMULINK仿真环境下。2)选择File菜单下N
4、ew下的Model命令,新建一个simulink仿真环境常规模板。3)参照图1-1,建立三个比例环节,如图1-7所示。通过改变增益大小,查看对应的单位阶跃响应曲线,如图1-8所示。图1-7 比例环节多输出模型图1-8 比例环节多输出示意4)积分环节、实际微分环节、一阶惯性环节参考步骤2。5)典型二阶环节G(S)=,在ξ与ωn取不同值,观察对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的有关参数值)①令ωn=1,ξ取不同值:ξ1=0;ξ2=0.5,ξ3=0.8(0<ξ<1);ξ4=1;ξ5=4(ξ≥1);
5、②令ξ=0,ωn取不同值:ωn1=1;ωn2=3;―31―③令ξ=0.216,ωn取不同值:ωn1=1;ωn2=3;一、实验报告要求1.画出各典型环节的SIMULINK仿真模型。2.记录各环节的单位阶跃响应波形,并分析参数对响应曲线的影响。3.写出实验的心得与体会。―31―实验二基于MATLAB的PID控制研究一、实验目的:1.理解PID的基本原理2.研究PID控制器的参数对于系统性能的影响二、实验仪器与软件1.PC机 1台2.MATLAB10.0环境三、实验内容1、利用Matlab软件,针对控制对象
6、设计单闭环PID控制系统2、通过调节PID控制器的参数,研究PID控制参数对系统性能的影响四、实验原理单闭环PID的控制系统的作用框图如下:控制器控制对象输入+输出——图2-1 单闭环PID的控制系统比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式,其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-stateerror)。―31―比例控制作用及时,能迅速反应误差,从而减小稳态误差。但是,比例控制不能消除稳态误差。其调节器用在控制系统中,会使系统出现余差。为了减少余
7、差,可适当增大,愈大,余差就愈小;但增大会引起系统的不稳定,使系统的稳定性变差,容易产生振荡。积分(I)控制在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制的作用是消除稳态误差。只要系统有误差存在,积分控制器就不断地积累,输出控制量,以消除误差。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因而,只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差,使系统误差为零,从而消除
8、稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。微分(D)控制在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。微分控制能够预测误差变化的趋势,可以减小超调量,
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