自动化自动控制课程新设计报告.docVIP

自动控制课程设计报告 班级：自动化08-1班 学号姓名：刘加伟 2011.7.17 任务一、双容水箱的建模、仿真模拟、控制系统设计 控制系统设计任务 1、通过测量实际装置的尺寸，采集DCS系统的数据建立二阶水箱液位对象模型。（先建立机理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数） 2、根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。 3、通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，验证模拟对象的正确性。 4、采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标（超调量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。 5、采用PI控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 6、采用PID控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。 7、通过串联超前滞后环节校正系统，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将校正环节应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 建立模型 实验模型及改变阶跃后曲线： 1． 取阶跃曲线按照以下模型建立系统辨识模型： 一般 取为0.4和0.8 计算上行阶跃各参数： T1=171.26 T2=50.50 K=160.47 t1=141 t2=338 建立传递函数为： G(s)= 计算下行阶跃各参数： T1=84.20 T2=48.67 K=148.08 t1=89 t2=198 建立传递函数为： G(s)= 2． 建立机理模型 Q1=k1*u1；Q2=k2*u2*；Q=k3*u3*；k1=10 ； k2=1.9； k3=1.65； 阀门开度u1=50； u2=52 ； u3=51 ； 水箱面积A1=1050 ；A2=600 理论传递函数G(s)=； 取辨识传递函数G（s）= 根据建立的二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。 根据传递函数可得： R2/R1=1.5 R2=300k(200k+100k),R1=200k R2C=7.02 C=23.4uf R5/R4=1 R5=R4=200k R5C=4.06 C=20.3uF 通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，验证模拟对象的正确性 系统的开环特性曲线为（实际曲线理论曲线）： 采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化时控制性能指标 改变Kp得到实际与理论曲线： Kp=1 ： KP=2： Kp=3： 结论：由上图和系统指标分析可得，Kp越大，系统响应速度越快，上升时间越短，调节时间峰值时间也相应减少，且稳态误差减小，但超调量增大，系统振荡加剧，Kp过大时会对实际的系统造成破坏，所以，系统应选择合适的Kp。 采用PI控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标 Kp=2 Ti=5： Kp=2 Ti=4： Kp=2 Ti=6 : 由以上曲线可以看出，用根轨迹设计的设计的性能指标在实际系统中可以达到较好的效果，理论曲线与实际曲线较吻合。 采用PID控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果 Kp=2 Ti=10 Td=1 Kp=2 Ti=10 Td=2 Kp=2 Ti=9 Td=2 Kp=3 Ti=9 Td=2 由上面四个图对比分析可知: (1)Ti，Td一定时，Kp增大，加快系统的响应，系统的超调量增大，调节时间变小，上升时间减小，减小余差； (2) Kp，Ti一定时，Td增大，系统的峰值时间减小，系统的超调量减小，振荡减小，调节时间减小。 (3)Kp，Td一定时，Ti增大，系统的超调量减小，减小振荡，使系统更加稳定，但余差消除的速度随之减慢。 以上各曲线参数列表如下： 为被控对象设计串联校正环节，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将校正环节应用