专业综合实验题目-2-过程控制

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1、实验：水箱控制系统设计和MATLAB仿真一实验目的通过实验，掌握水箱过程控制系统的数学建模、控制器设计和控制参数整定方法。熟悉过程控制系统的完整设计、仿真和实现过程。二实验内容如图1所示液位过程，来水首先进入储罐1,然后再通过储罐2流出。匕阀门系数；Rr2阻力系数（液阻），截面积分别为片耳，出水量为2,进水量为Q,被调量为液位心。建立该液体储罐的动态数学模型（即计算储罐1的流量Q到液位包的传递函数）。1号储罐2号储罐图1水箱液位控制1建立该液体储罐的动态数学模型表达式（即计算储罐1的流量Q到液位心的传递

2、函数）。2采用无量纲的形式，假设R产3,尺=5,百=2,F2=4.请带入到所建立的数学模型中，求出实际被控对象的传递函数。3根据所求得的数学模型，采用简单闭环控制系统设计的方式来控制，试设计PID控制器Q.G）,通过控制比例阀来控制Q的流量，阀可看作一个比例环节,比例系数为2,控制目标是人的正负课差不超过1,超调量cr<5%,请通过仿真的方法确定PID控制器的参数。4如果在2号储罐的入口处，时常有扰动发生，如何克服这个扰动，此时PID控制器的参数应该怎样选取，控制算法如何改进？请仿真说明。5如果储罐1和

3、储罐2之间有一个纯迟延，从储罐1出来的水，在5秒后才到达储罐2,此吋动态数学模型有什么变化？如果要达到3的控制目标，如何整定和调整PID控制参数。请仿真说明？6根据3所求得的PID控制器Q.G）的表达形式和仿真程序，请用单片机的C语言写出PID控制器的软件实现代码。三实验步骤(1)根据题目要求，建立双水箱的通用数学模型和实际数学模型(2)根据数学模型，画岀简单控制系统的控制框图，选择PID控制器的整定方法，利用matlab编写相应的代码，实现3的要求，并且分析仿真结果。(3)通过matlab仿真实现和分

4、析4的要求。(4)通过matlab仿真实现和分析5的要求。(5)根据6的要求，用单片机的C语言写出PID控制器的软件实现代码。四实验结果分析(1)通用数学模型恥时+(矗+些)山实际数学模型5120〃+26$+1(2)代码和分析如下:Simulink模型为P二5,1=1,D=25阶跃响应：稳态值为1,超调量为4.25%,满足3的要求。(2)代码和分析如下：鉴于己知扰动位置，且扰动较为频繁，决定采用前馈控制前馈控制器Gff=--6ssimulink模型为口ScopePID:P=5,1=1,D=25D为干扰

5、，假设为匸50s处一阶跃信号，给定输入为单位阶跃信号输岀曲线为与(2)中阶跃响应相同，未收干扰影响。(3)代码和分析如下：系统属于大迟延系统，采用Smith预估补偿补偿器为D=,simulink模型为120?+265+1稳态值为1.004,超调量为4.7%,满足3的要求。(2)代码如下: