过程控制与matlab应用

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1、一、工业过程的数学模型分为静态（稳定）数学模型和动态数学模型。静态数学模型是表示输入变量和输出变量之间不随时间变化情况下的数学关系。动态数学模型是表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数学描述。被控对象动态数学类型有以下三种：（1）集中参数数学模型：模型中各个变量均按分布参数处理，常用常微分方程来描述。（2）分布参数数学模型：模型中各个变量均按分布参数处理，即各个变量不仅是时间的函数，而且是空间的函数，常用偏微分方程来描述。（3）多级数学模型：模型中各个变量都是按时间离散化的，激励模型常常相当复杂，求解有时也很困难，需用计算机进行时间模拟。二

2、、过程控制系统建模包括机理法和测试法两种。其中测试法建模一般可在Matlab中实现。在测试法建模中，一般采用阶跃响应曲线法建模。下面介绍一下这种方法如何在Matlab中实现。1、数据导入导出MATLAB中可以使用open命令打开各种格式的文件，MATLAB自动根据文件的扩展名选择相应的编辑器。load将文件内容导入到Matlab.open与load的比较。　　>>clear　　>>A=magic(3);　　>>B=rand(3);　　>>save　　Savingto:matlab.mat　　>>clear　　>>load('matlab.mat')　　>

3、>A　　A=　　    8    1    6　　    3    5    7　　    4    9    2　　>>B　　B=　　   0.9501   0.4860   0.4565　　   0.2311   0.8913   0.0185　　   0.6068   0.7621   0.8214　　>>clear　　>>open('matlab.mat')　　ans=　　   A:[3x3double]　　   B:[3x3double]　　>>struc1=ans;　　>>struc1.A　　ans=　　    8    1    6　　  

4、  3    5    7　　    4    9    2　　>>struc1.B　　ans=　　   0.9501   0.4860   0.4565　　   0.2311   0.8913   0.0185　　   0.6068   0.7621   0.8214将Excel中的数据导入到Matlab中，用xlsread函数，如a=xlsread('d:mn')，即可；导出数据到excel可用xlswrite，用法同上。将文本文档中的数据导入：法一：load，如：load('d:yh.txt');y=yh即可；法二：fid1=fopen('fx

5、.txt','r');％得到文件号[f,count]=fscanf(fid,'%f%f',[12,90]);％把文件号1的数据读到f中。其中f是[1290]的矩阵％这里'%f%f'表示读取数据的形势，他是按原始数据型读出fclose(fid);％关闭文件法三：a=importdata('data.txt');Matlab向文本文档写入数据：（以二维数组写入为例）A=[123;456];fid=fopen('A1.txt','w');fori=1:2forj=1:3fprintf(fid,'%10d',A(i,j));ifmod(j,3)==0fprint

6、f(fid,'');endendendfclose(fid);2、绘制曲线将由阶跃信号得到的系统阶跃响应数据导入到matlab中，然后绘制出阶跃响应曲线，用plot函数即可实现，在习题中，我们也做过类似的题目，然后根据曲线分析系统的参数，可以用作图法，也可以用两点法，求出系统的传递函数。一阶时滞模型：（1）、y*(t1)=0.39、y*(t2)=0.632，可由求得（2）、y*(t1)=0.33、y*(t2)=0.39，y*(t3)=0.632、y*(t4)=0.7，可由公式和求得，如果T1和T2值，ζ1和ζ2值相差很大，则不能用这种方法二阶或n阶惯

7、性对象的传递函数：y*(t1)=0.4、y*(t2)=0.8，可由当时，对象为一阶对象，其时间常数；当时，对象为二阶对象，其时间常数;当时，则用用高于二阶的对象来近似。（具体见作业第二章）三、PID控制PID控制中的公式一般为在Matlab中用的PID控制器模块中直接设置的参数为Kp，Ki，Kd其中,1、比例控制（P）：只改变系统的增益而不影响相位，它对系统的影响主要反映在系统的稳态误差和稳定性上，增大比例系统可提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但这会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统的不稳定，因此，在系统校正和设计

8、中P控制一般不单独使用。例题：控制系统传递函数为，H(s)为单位反馈，对系统单采