过程控制实验报告.docx

过程控制系统实验报告 目录 过程控制系统的实验建模 …………………………1 实验二 PID 控制 ……………………………………………………………… 10 实验三级联控制 ………………………… 27 实验四 比例控制 ……………………………………………………………… 35 实验5 解耦控制系统 …………………………………………………………40 过程控制系统的实验建模 作业一： 常见的工业过程动力学有哪些类型？常见的型号有哪些？在Simulink中建立相应的模型，得到单位阶跃响应曲线。 答：常见的工业过程动态特性类型有：单容量对象不具有自平衡能力的特性、单容量对象特性具有自平衡能力、多容量对象相互影响的动态特性、多容量对象互不影响。动态特性等。常用的模型有一阶惯性模型、二阶模型等。 没有自平衡能力的单容物体的特点： 两个非自平衡单容量过程的模型分别为和，在 Simulink 中建立模型如下 单位阶跃响应曲线如下： 自平衡单容量对象的特点： 两个自平衡单容量过程的模型分别为和，在 Simulink 中建立的模型如下： 单位阶跃响应曲线如下： 相互交互的多包含对象的动态属性： 相互影响的多容量过程的模型为，当参数为 时，在 Simulink 中建立模型如下： 单位阶跃响应曲线如下： 不相互交互的多内容对象的动态属性： 两个不相互影响的多容量过程的模型是（具有自平衡能力的多容量对象）和（不具有自平衡能力的多容量对象）。 Simulink中建立的模型如下 单位阶跃响应曲线如下 作业题目二： 的模型是二阶系统的性能主要取决于两个参数。尝试用Simulink模拟两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行如下仿真： (1)不变时，分别为0.1、0.8、1.0、2.0处的单位阶跃响应曲线； (2)不变时，分别为2、5、8、10时的单位阶跃响应曲线。 ( 3 ) 、单位阶跃响应曲线为0.1： , 0.8处的单位阶跃响应曲线： , 1.0 处的单位阶跃响应曲线： , 2.0处的单位阶跃响应曲线： (2) ,为 2 时的单位阶跃响应曲线： , 5处的单位阶跃响应曲线： , 8处的单位阶跃响应曲线： , 10处的单位阶跃响应曲线： 实验2 PID控制 作业题目： 构建如下所示的 Simulink 仿真系统图。 使用 Simulink 仿真软件进行以下实验： Simulink建立示意图如下 双击原理图中的PID模块，出现参数设置对话框如下 将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。 3 、进行仿真，调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化： P=0.5 时的响应曲线如下： P=2 时的响应曲线如下： P=5 时的响应曲线如下： 从以上三组响应曲线可以看出，纯比例控制对系统性能的影响为：比例调节的残差随着比例带的增大而增大，减小比例带相当于增大开-调节系统的环路增益。 ，结果是系统真的在振荡甚至不稳定。比例带大时，调整量不能超调，但残差大，调整时间也很长。减小比例带将导致调整量来回走动。波动，但系统可能仍然稳定，残差相应减少。 4 、将控制器功能改为比例微分控制，调整参数，观察系统响应曲线，分析比例微分效果。 时的对应曲线如下： P=2，D= 0.5对应的曲线如下： P=2、D= 2的对应曲线如下： P=2、D= 5的对应曲线如下： 从以上四组响应曲线可以看出，比例-微分控制对系统性能的影响如下：它可以提高系统的稳定性，引入适当的微分动作以减少残差，减少短路项最大过冲，并改善振荡。频率。 5 、将控制器功能改为比例积分控制，调整参数，观察系统响应曲线，分析比例积分效果。 P=2，I=0.1时的响应曲线如下： P=2，I=0.5时的响应曲线如下： P=2、I=1时的响应曲线如下： P=2，I=1.5时的响应曲线如下： P=2，I= 2时的响应曲线如下： 从以上五组响应曲线可以看出，比例积分控制对系统性能的影响如下：消除了系统残差，但降低了稳定性， PI调节减少了积分时间TI （增加大的积分增益 I)会降低控制系统的稳定性，加剧振荡，加快调整过程，增加振荡频率。 6、将控制器功能改为比例、积分、微分控制，调整参数，观察系统响应曲线，分析比例、积分、微分的效果。 P=2、I=0.5、D=0.2的响应曲线如下 P=2、I=0.5、D= 1的响应曲线如下 P=2、I=0.5、D= 3的响应曲线如下 P=2、I=0.5、D= 20的响应曲线如下 、 D= 0.5的响应曲线如下 P=2、I=0.5、D= 0.5的响应曲线如下 1 、D= 0.5的响应曲线如下 2.3 , D= 0.5的响应曲线如下 3 、D= 0.5的响应曲线如下 从以上各组响应曲线可以看出，比例-积分-微分控制对