自动化仪表与过程控制课程大作业2013

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1、自动化仪表与过程控制课程大作业1、（20分）如图所示热化工生产中的连续反应器示意图。其工艺为：物料自顶部连续进入槽中，经反应产生的热量由冷却夹套中的冷却水带走。为了保证产品质量，必须严格控制反应温度θ1。原来选择的控制方案如图所示，控制精度无法达到预期要求。（1）该系统是一个时间常数较大的系统，尤其是冷却水的进水流量常常波动，导致反应器内部温度动态偏差较大。试设计一个串级控制系统，提高控制精度。（画出控制系统连接图和方框图）（2）分析当冷却水的进水流量突然增大时，该系统是如何消除扰动、提高控制精度的。132、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位

2、的响应数据如下：t(s)0102030405060708090100h(mm)00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T和，并根据这些参数整定PI调节器的参数，用仿真结果验证之。解：（1）绘出输入/输出的关系曲线。输入以下指令，得到阶跃响应曲线。t=[0102030405060708090100];h=[00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3];plot(t,h);xlabel('时间t(s)');ylabel('液位h(mm)');gridon;holdon;（2）在拐点处做切线，与稳态值h=6

3、.3和时间轴都有交点;13（1）输入以下指令，取点[x,y]=ginput(1)[x1,y1]=ginput(1)得到时间τ=5.1843；T=39.2857-5.1843=34（2）对得到参数进行标注gtext('τ=5.1843')gtext('T=34')gtext('h=6.3')13（1）具有延迟的一阶惯性环节的传递函数为：Gs=KTs+1e-τs求得：所以对象的传递函数为：Gs=6334s+1e-5.2s根据柯恩-库恩整定公式：KPK=0.9τ/T-1+0.082TI/T=[3.33(τ/T)+0.3(τ/T)2]/[1+2.2(τ/T)求得：Kp=0.09TI=13.09使用

4、matlab中Simulik进行仿真：绘制系统仿真图设置PI参数得到阶跃响应仿真曲线：13从仿真图中可以看出超调较大，调整PI参数得到最终的响应曲线：可以看出，此时该曲线较为理想，因此将PI调节器参数整定为Kp=0.07；KI=0.002。133、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：，，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为。当延迟环节分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID调节器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。解：当延迟环节在副回路时：（1）主回路开环

5、，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=1.18时，控制曲线如下，从下图可知，此时衰减比约为4:1（2）主回路闭合，整定主回路。13副控制的参数为Kc2=1.18，调节主控制器参数，当Kc1=2.0时，阶跃响应如下图所示：（1）在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，根据衰减曲线法取Kc1=2.2，Kc2=1.0系统阶跃响应曲线如下图：（2）反复试验，当Kc1=2.5，KI=0.09，Kc2=0.8时图形较为理想。13当延迟环节在主回路时：（1）主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2=8时，控制曲线如下，从下图可知，此时衰减比约为

6、4:1。（2）主回路闭合，整定主回路。副控制的参数为Kc2=8，调节主控制器参数，当Kc1=2.8时，阶跃响应如下图所示：13（1）在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，根据衰减曲线法取Kc1=2.5，KI=0.1，Kc2=5系统阶跃响应曲线如下图：（2）反复试验，当Kc1=3.0，KI=0.1，Kc2=0.9时图形较为理想。二次扰动影响燃烧室温度，于是副调节器立即发出校正信号，经过副回路的及时控制一般不影响烧成温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，仍影响烧成温度，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使烧成温度调回到给定值。串级控制系统与单回路控制系统的抗二次

7、干扰能力之比为：当都采用P调节时Qc（s）Qd（s）=Kc1Kc2Kc，Kc1=3，Kc2=5，Kc=3.6Kc1Kc2>>Kc由上述分析可知，由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，从而大大减小了二次扰动的影响，提高了控制质量。134、（15分）根据如图所示，当选择进水流量Q1为控制量时，设计水箱水位的单回路控制系统。（1）要求画出系统的连接图和方框图；（2）若进水阀为气动阀，选择其气开、气关的形