过程控制课程设计 双容水箱Smith预估控制.doc

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1、过程控制课程设计---双容水箱Smith预估控制班级姓名学号指导老师日期大学信息工程学院目录一、课程设计意义和目的..................2二、课程设计设备........................2三、课程设计原理........................4四、课程设计步骤........................6五、注意事项............................8六、实验结果............................8七、心得体

2、会............................11八、参考文献............................12一、课程设计意义和目的1、了解纯滞后过程及其影响2、学习smith控制的原理3、掌握smith控制器的整定方法二、课程设计设备1、四水箱实验系统DDC实验软件软件功能说明：四水箱DDC实验软件的核心调度程序实现了数据的采集和输出、数据的实时记录以及实时监控。同时，四水箱DDC实验软件为学生在四水箱过程控制实验装置上进行实验提供了友好的人机交互界面，包括：首页界面、

3、实验界面、控制器界面、趋势界面和I/O设置界面。通过这些友好的界面，学生可以在过程控制实验装置实现经典和先进的控制方案。如上图所示，首页界面为整个软件的导航界面，当软件正确安装并正常启动后，将进入此画面，其主要功能有：功能功能说明选择实验模式本软件有两种实验模式供选择：仿真和实际模式选择实验本软件有水箱对象系统和温度对象系统两类实验，共18个供学生选择仿真模型的接口提供进入设置仿真模型界面的接口，此功能只有在仿真模式下有效输入信号的接口提供进入设置输入信号界面的接口，此功能只有在实际模式下有效历

4、史趋势的接口提供进入查看历史趋势的接口本软件信息的接口提供进入查看本软件的信息界面的接口结束本软件退出整个软件，回到Window桌面1、PC机（Windows2000Professional操作系统）三、课程设计原理1、纯滞后过程某些过程在输入量改变后，输出变量并不立即改变，而要经过一段时间才反映出来，纯滞后就是指在输入变量变化后，看不到系统对其响应的这段时间。当物质或能量沿着一条特定的路径传输时就会出现纯滞后，路径的长度和运动速度是决定纯滞后大小的两个因素。纯滞后环节对任何信号的响应都是把它推

5、迟一段时间，其大小等于纯滞后时间，纯滞后环节的数学描述为：（19－1）2、Smith预估算法设一个控制系统，对象特性为：（19－2）这里将对象分成两部分和，设这两部分之间有变量B，如果能将B检测出来，则可以按下图构造简单的反馈控制系统图19－1理想的纯滞后过程的单回路控制如上图所示，由于B信号没有滞后，所以系统响应将会大大地改善。然而因为B是不能直接检测的，只有用过程模型才能将它推算出来。Smith预估器的实质是借助于过程模型推算出滞后环节前的输出，以实现没有纯滞后的反馈控制。本仿真系统采用了改

6、进型的Smith预估控制器，其组成的控制系统如下图所示：图19－2本仿真系统的Smith预估控制系统框图由上图可见，为对象的无滞后预估输出，其中此控制器加入了对实际输出信号与预估模型输出信号误差的滤波处理。1、Smith控制器的整定从本仿真系统的Smith预估控制系统框图可以看出，此改进型Smith预估器的参数整定主要涉及对象模型参数的获得，因此其整定的步骤如下：A获得对象的数学模型用飞升曲线法，测得被控对象的特性曲线，然后通过分析曲线特性获得对象的数学模型。B将模型参数作为Smith控制器的参

7、数C根据实际的控制效果，调整参数，直至达到较佳的控制效果四、课程设计步骤1、按下图接线2、进入Smith实验界面运行四水箱实验系统DDC实验软件，进入首页界面；选择实验模式为“仿真模型”；单击实验菜单，进入双容水箱Smith预估控制实验界面，如下图所示：2、选择控制回路A、选择对象在实验界面的“请选择控制回路”选择框中选择控制回路，如下图所示：从两个回路中任选一个。B、组成控制回路当选择“Smith回路1”时，打开进水阀K31，关闭其它进水阀；当选择“Smith回路2”时，打开进水阀K41，关闭

8、其它进水阀。3、初始化控制系统i.将PID控制器设置成手动单击实验界面相应控制回路的PID控制器标签弹出PID控制器界面后，单击PID控制器界面的“手动”按钮ii.设定工作点设置控制器输出MV（U1）4、设置PID控制器参数根据对象特性，设置PID控制器参数比例系数P、积分常数I、微分常数D并通过键盘输入到控制器参数设置界面中，具体参见前面的实验5、设置Smith控制器参数a、按实验原理部分描述的方法，获得Smith控制器参数放大系数Km时间常数Tm滞后时间Tao滤波时间Tfb、将参数输入控制器