北科大自动化生产实训报告精华版(含程序).docVIP

北京科技大学 自动化生产线实训 班 级： 自1102 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期：2014年5 月11日 目 录 1系统概述 1 1.1实验对象 1 1.2上位机软件 1 1.3下位机 1 1.4实验任务与目的 1 1.5分组情况 1 2单容水箱建模 2 2.1建模方法概述 2 2.1.1 机理建模 2 2.1.2 实验方法建模 2 2.1.3 对象模型的影响因素分析 2 2.2阶跃响应法建模 2 2.2.1 理论基础 2 2.2.2 实验步骤 2 2.2.3模型建立 2 2.2.4 结果分析 2 3单容水箱PID控制 3 3.1液位控制 3 3.1.1实验步骤 3 3.1.2结果分析 3 3.2流量控制（选做） 3 3.2.1 3 3.3压力控制（选做） 3 3.3.1 3 4实训总结 4 4.1 目标，过程，结果等分析 4 4.2对实训的收获，要求和建议 4 5选作内容 5 1系统概述 1.1实验对象 三容立方体水箱。每个水箱配备进水孔，出水孔，溢流孔，液位计；在进水管路配流量计和压力计，两个水泵 1.2上位机软件 上位机组态软件为组态王 1.3下位机 西门子S7-200PLC。S7-200是最低端系列，适用于小型，对控制要求高的场合。 1.4实验任务与目的 通过对水箱压力液位流量的控制学习PID参数整定以及利用matlab进行建模和参数整定。 1.5分组情况 组员： 2单容水箱建模 2.1建模方法概述 2建模 从系统内在的物理和化学规律出发建立稳态数学模型。 2.1.2 实验方法建模 用于建立被测对象或系统的输入-输出模型。根据输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到，其特点是完全从外特性上测试和描述被研究对象或系统的动态性质，可不研究其内部复杂机理。 2.1.3 对象模型的影响因素分析 影响来自于传感器的精度、液面的震荡、建模处理方法等方面 2.2阶跃响应法建模 2.2.1 理论基础 对被测系统在输入端施加阶跃扰动输入信号，而在输出端绘制其输出量随时间变化的响应曲线，对响应曲线的结果进行分析，就可确定被研究对象的传递函数。 2.2.2 实验步骤 1）设置合适的出水阀门开度，保证在一定的输入范围内不会发生溢出。 2）在初始近0液位下给定30%控制量，得阶跃响应曲线；待稳定后，给40%的控制量，即10%的阶跃输入，再次得到响应曲线。 图2.1 3）加大出水阀开度，重复上述两次阶跃输入，得到实验图像： 图2.2 2.2.3模型建立 第一次阀位建模： T0=被控变量y完成全部变化的63.2%所需要的时间，则T0=45s 所以，该系统的传递函数为: 第二次加大阀位建模： T0=被控变量y完成全部变化的63.2%所需要的时间，则T0=41s 所以，该系统的传递函数为: 2.2.4 结果分析 1）分析结果的正确性，合理性 阀开度加大会减小时间常数和开环放大倍数，与实验结果相符。 2）若干次实验结果的对比分析 以下为第一次出水阀开度的不同控制输入的数据： 图2.3 图2.4 图2.5 图2.3、图2.4、图2.5分别对应以下数据： 图2.3： 图2.4： 图2.5： 通过以上数据得模型为K0=2.2,T0=44s。通过数据看出，大体上随着输入阶跃时初值的增大，所得到的模型K0变小，T0变大，这是因为认为模型为一阶惯性环节只是一种近似。由此，在实际应用时，认为应该在实际工作的阶跃输入范围内实验，以得到能够反应实际工作状态的模型数据。 3 Matlab仿真实验 系统近似为一阶惯性环节加纯延迟。对图1的阶跃响应数据进行处理。 作图法程序： 数值法程序： 作图法结果： 图3.1 数值法结果： 图3.2 Simulink仿真 以作图法结果仿真，框图以及参数设置为： 图3.3 仿真结果与实测对比图为： 图3.4 Matlab参数整定 Signal Constraint模块参数自整定 依然选用作图法获得的模型参数，仿真框图如图 图3.5 在主界面 输入Kp=1;Ki=1;Kd=1;使变量进入内存。 添加变量，设置范围，三个参数最小值都是0，Ki，Kd最大值为9999。 图3.6 设置寻优参数： 有哪些信誉好的足球投注网站方式为遗传算法，最大迭代1000次，勾选寻找最优解决。 图3.7 设置目标： 设置期望的阶跃响应，这里主要设置上升时间 图3.8 运行寻优，结果为： 图3.9 减小上升时间，结果为： 图3.10 可以看出，预期指标对寻优结果有很大影响