过程控制大作业2013.doc

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1、自动化仪表与过程控制课程大作业1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a）、（b）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。2、（15分）如图所示为一液体储槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽液体严格禁止滥出，试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。（1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Q0为操纵变量。（3）以上2种情况分别出其系统框图。解（1）当选择流入量Qi为操纵变量时，为满足贮槽液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应

2、为“反”作用。（2）当选择流入量Qo为操纵变量时，为满足贮槽液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。3、（20分）（用MATLAB仿真实现）实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如下：t(s)01020406080100120140160180h(cm)000.20.61.21.61.82.01.91.71.6H’000.20.82.03.65.47.49.31112.6t(s)200220240260280300320340360380400h(cm)10.80.70.70.60.60.40.20.

3、20.150.15H’13.614.415.115.816.417.017.417.617.817.9518.1矩形脉冲幅值△μ=20%阀门开度变化，脉冲宽度△t=20s：（1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线；（2）根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如K、T和等），并根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。程序：按一阶环节计算t=[01020406080100120140160180200220240260280300320340360380400];h=[000.20.82.03.65.47.49.311.012.613.

4、614.415.115.816.417.017.417.617.817.9518.1];plot(t,h);gridon;holdon;y1=0.39*18.1;y2=0.63*18.1;plot([0,400],[y1,y1]);plot([0,400],[y2,y2]);[x1,y2]=ginput(1);[x2,y2]=ginput(1)输出结果为x1=117.5115y1=7.0468x2=164.5161y2=11.4327波形可得：t1=117.5t2=164.5验证：当时，当时，符合条件。PI整定：可得仿真模型当延迟为0时得到：不断更改和的数值

5、，当时，得到以下图形：由图形可以看出，基本实现PI调节，得到较为理想的波形。4、（25分）已知副被控对象的传递函数为模型为，主被控对象传函为，执行器传递函数为，主检测变送器的传递函数为，副检测变送器的传递函数为。干扰源为0.4的单位阶跃信号。（1）画出串级控制系统的框图及同等条件下的单回路系统框图；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的两个系统；（3）设定PID调节器的参数，并画出相应的单回路及串级控制系统的单位阶跃响应曲线；串级控制系统：副回路PID整定：当副回路PID调节器参数设定为：Kp=0.5Ki=5Kd=0.0025时，得到以下输出波形

6、调节Kp。Kp=0.1Ki=5Kd=0.0025时，得到以下输出波形基本为4；1衰减Kp=0.1，Ts=3.，，调整，使Ki=1主回路PID整定：Kp=1.5时，Ts=20根据阻尼震荡整定公式：，，经过调整：Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：完成整定单回路整定：Kp=2.5时，Ts=25-8=17，，得到以下波形：当Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：5、（25分）已知被控对象的传递函数为，干扰通道的传递函数为，执行器传递函数为，检测变送器的传递函数为，干扰信号为0.4的单位阶跃信号。（1）确定前馈控制器的传递函数G

7、ff（s），画出反馈-前馈控制系统的框图；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的两个系统；（3）设定PID调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线（4）加入干扰后，观察两系统的阶跃响应曲线的变化。(1)前馈控制器传递函数(2)前馈系统反馈—前馈系统当Kp=0.5，得到以下波形；Ts=33-9=24阻尼震荡法：，，波形错误。经过调整，Kp=1，Ki=0.6，Kd=0.0998，得到以下波形：要求：1、第1和第2题可以采用手写，其它3题要进行仿真设计，手写和打印均用A4纸；2、严禁抄袭，发现雷同，一律不及格；3、时间安排：12月10日下午4点前，以

8、班级为单位收齐后交到东6B301，未位交的一律不准参