《过程控制系统》课程设计

,工业被控过程建模与控制器参数的工程整定,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,过程控制系统课程设计,设计课题一（必做）：,工业被控过程建模与控制器的工程整定,设计选题二（选做）：,工业过程控制系统计算机监控界面的设计,必做选题设计内容,三大部分：,工业被控过程的,机理建模,工业被控过程的,试验建模,控制系统的,工程整定,工业被控对象,典型控制系统框图（单闭环）,广义被控对象,工业被控过程的建模,机理法,试验法（分为：时域法；频域法；统计相关法）,混合建模,本设计中使用时域法中的,阶跃响应曲线法,：,对处于开环、稳态的被控过程，使其输入量作阶跃变化，测得被控过程的阶跃响应曲线，求出被控过程输入与输出之间的动态数学关系,传递函数。,工业被控过程的建模,切线法确定一阶环节参数,MATLAB,软件简介,MATLAB,这个词代表“矩阵实验室”（,matrix laboratory,）。它的基本数据元素是没有维数限制的阵列（矩阵）。,MATLAB,软件简介,MATLAB,是一种高效的工程计算语言，其典型应用主要包括以下几个方面：数学计算；,算法开发；,系统建模和仿真；,数据分析和可视化；,科学和工程绘图；,MATLAB,变量,定义变量并给变量赋值命令,可直接在命令窗口中输入：变量名,=,元素值,。例如定义变量,A,为矩阵,MATLAB,变量,可直接在命令窗口中输入,A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12,。,注意：同一行内不同列元素用空格或逗号分隔开，不同行之间用分号分隔。又如可直接在命令窗口中输入一个行向量,A=1,2,3,4,5,。,MATLAB,二维绘图简介,使用,plot,命令绘制图形,其中,x,y,可为向量或矩阵,当,x,y,同为,n,维向量时，使用该命令，将绘制出以向量,x,的元素为横坐标，,y,向量对应元素为纵坐标的图形。,控制器参数工程整定方法,方法一：经验法,：根据经验和先验知识确定一组参数，然后根据各参数的影响，调整参数，直至满意为止。,控制器参数工程整定方法,方法二：临界比例度（带）法,：,比例度（带）,(%),：,与比例系数,Kc,成反比关系。,这种整定方法是在闭环情况下进行的。设,TI=,，,TD=0,，使控制器工作在纯比例情况下，将比例带由大逐渐变小,(,对应的比例系数,Kc,由小逐渐变大,),，使系统的输出响应呈现等幅振荡。,临界比例度法,临界比例度法整定经验公式,S,T,i,(S,),T,d,(S,),P,2,S,PI,2.2,S,T,S,/1.2,PID,1.6,S,0.5T,S,0.125T,S,最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。,控制器参数工程整定方法,方法三：衰减曲线法,：在闭环系统中，先把控制器设置为纯比例作用，然后把 比例带由大逐渐减小,(,对应的比例系数,Kc,由小逐渐变大,),，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现,4:1,衰减过程为止。,衰减曲线法,这时的比例带称为,4:1,衰减比例带，用,S,表示之。相邻两波峰间的距离称为,4:1,衰减周期,T,S,，,记录,S,和,T,S,。,衰减曲线法,按如下经验公式整定,（,%,）,T,I,(S),T,D,(S),P,S,PI,1.2,S,0.5T,S,PID,0.8,S,0.3T,S,0.1 T,S,最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。,方法四：响应曲线法,：如果被控对象是一阶惯性环节 ，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例带法或阻尼振荡法（,4:1,衰减）就有难度。对于这种情况，可采用下述的响应曲线法来整定控制器的参数。,控制器参数工程整定方法,响应曲线法,方法三：响应曲线法：,令控制器的输出为幅度为,x0,的阶跃信号，则对象经测量变送器后的输出,Y,（,t,）。,响应曲线法,由该图可确定,、,T,和,Kc,。,响应曲线法,通过下式将比例系数转化为比例度：,响应曲线法,利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为,4:1,时控制器的相关参数。,使用,MATLAB,建立仿真模型,首先在命令窗口中键入“,simulink,”,命令或在,MATLAB,工具条上用鼠标左键单击相应的工具按钮都可以起动,simulink,模块库浏览器窗口。,simulink,模块库浏览器窗口,模块库目录树,新建仿真模型,设置仿真时间,设置各模块参数 、保存模型 、运行仿真,上述仿真模型各个模块可从,Continuous,、,Math Operations,、,Sinks,、,Sources,子库中找到。,被控对象的单位阶跃响应数据,被控对象的单位阶跃响应数据见任务书。,注意：,数据分为,3,个版本，分别对应学号：,3n,，,3n+1,，,3n+2,。,设计报告内容及格式要求,详细要求见设计任务书。,注意：,封面和评分表使用统一给定的格式。,将任务书装订到设计报告的最前面（封面之后）。,将成绩评定表装订到设计报告的最后面（最后一页）。,课程设计报告装订顺序,从前到后依次为：,封面（给定）,任务书（给定）目录正文参考文献（不少于,5,个）评分表（给定）,