过程控制仿真 单回路 串级 解耦 纯滞后

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1、过程控制仿真实验—对象特性的了解和测试院系：化工学院化工机械系班级：10自动化（2）姓名：窦洋学号：1020203022日期：2013年11月17日实验目的：（1）掌握一阶系统的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；（2）根据实验得到的阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T、τ和传递函数；实验原理：一阶系统数学模型为W0（s）＝＝=式中T为时间常数，T＝RC；K为放大系数，K＝R；C为容量系数。若令Q1（s）作阶跃扰动，即Q1（s）=，x0=常数，则上式可改写为H（s）=×=K-对上式取拉氏反变换

2、得h(t)=Kx0(1-e-t/T)(1)当t—>∞时，h（∞）-h（0）=Kx0，因而有K=＝(2)当t=T时，则有h(T)=Kx0(1-e-1)=0.632Kx0=0.632h(∞)式（1）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1所示，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。也可由坐标原点对响应曲线作切线OA，切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数T，由响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。图1一阶系统的阶跃响应曲线如果对象具有滞后特性时，其阶跃响应曲线则为图

3、1（b），在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间常数T，所得的传递函数为：H(S)=(3)参数计算及传递函数确定：取给定值阶跃变化后部分的曲线，并作拐点切线，求出时延τ和时间常数T。T=547sτ=53sK=[h(∞)-h(0)]/x0=(84.6-27.91)/3=18.90。Hs=18.9e-τs1+Ts=18.9e-53s1+547s过程控制仿真实验—单回路控制器参数整定院系：化工学院化工机械系班级：10自动化（2）姓名：窦洋学

4、号：1020203022日期：2013年11月17日实验原理典型的PID控制结构如图所示。比例积分微分对象模型PID控制器r(t)y(t)u(t)e(t)PID控制规律写成传递函数的形式为式中，为比例系数；为积分系数；为微分系数；为积分时间常数；为微分时间常数；简单来说，PID控制各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。（3

5、）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。仿真：构造图1所示的单回路反馈系统的仿真模型图1控制对象模型：图2用衰减曲线法整定调节器参数：①先将调节器改成纯比例作用，并将比例增益置于较小的数值，然后将系统投入闭环运行。启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。逐渐增加比例增益，观测不同比例②增益下的调节过程，直到调节过程出现衰减率为0.75的振荡为止，记录此时的比例带和系统的临界振荡周期。表2-1衰减曲

6、线法整定参数计算表控制规律调节器参数P2PI1.20.5PID0.80.30.1衰减曲线:将调节器改成纯比例积分，=0，=0。调整直到调节过程衰减率为0.75的震荡为止，此时。如图由图可知=0.535，=78s由衰减曲线法整定参数计算表及以下公式关系，，得到调节器的参数：=2.33，=0.09996，=18.174修改PID参数得到的曲线实验心得：1、P控制规律控制及时但不能消除余差，I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用，D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。2、比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误

7、差越大；反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小；若Kp过大，则可能导致发散振荡。Ti越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消除稳态误差越慢；反之，过渡过程振荡越激烈，消除稳态误差越快。Td越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小；但Td过大，则会增加过渡过程的波动程度。3、PID控制器校正后系统响应速度最快，但超调量最大。过程控制仿真实验—串级控制系统参数整定院系：化工学院化工机械系班级：10自动化（2）姓名：窦洋学号：1020203022日期：2013年11月17日串级控制系统的原理：串级控制在结构上形成的两

8、个闭环，一个在闭环里面，成为内环、副环或副控回路，其控制器为副控制器，在控制中起“粗调”的作用；一个闭环在外面，成为外环、主环或主控回路，其控制器称为主控制器，在控制中起“细调”作用，最终被控量满足控制要求。主控制器的输出作为副控制器的给定值，而副控制器的输出则去控制被控对象。图1为串级控制系统的结构图。图1串级控制系统的结构图仿