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1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)課題一（必做）： 工業(yè)被控過程建模與控制器的工程 整定 設(shè)計(jì)選題二（選做）： 工業(yè)過程控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面的 設(shè)計(jì) 必做選題設(shè)計(jì)內(nèi)容 三大部分： 工業(yè)被控過程的 機(jī)理建模 工業(yè)被控過程的 試驗(yàn)建模 控制系統(tǒng)的 工程整定 工業(yè)被控對(duì)象 典型控制系統(tǒng)框圖（單閉環(huán)） 廣義被控對(duì)象 工業(yè)被控過程的建模 機(jī)理法 試驗(yàn)法（分為：時(shí)域法；頻域法；統(tǒng) 計(jì)相關(guān)法） 混合建模 本設(shè)計(jì)中使用時(shí)域法中的 階躍響應(yīng)曲 線法 ： 對(duì)處于開環(huán)、穩(wěn)態(tài)的被控過程，使 其輸入量作階躍變化，測(cè)得被控過程的階 躍響應(yīng)曲線，求出被控過程輸入與輸出之 間
2、的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)關(guān)系 傳遞函數(shù)。 工業(yè)被控過程的建模 切線法確定一階環(huán)節(jié)參數(shù) MATLAB 軟件簡介 MATLAB這個(gè)詞代表 “ 矩陣實(shí)驗(yàn)室 ” （ matrix laboratory）。它的基 本數(shù)據(jù)元素是沒有維數(shù)限制的陣列 （矩陣）。 MATLAB 軟件簡介 MATLAB是一種高效的工程計(jì)算語言， 其典型應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：數(shù) 學(xué)計(jì)算； 算法開發(fā)； 系統(tǒng)建模和仿真； 數(shù)據(jù)分析和可視化； 科學(xué)和工程繪圖； MATLAB變量 定義變量并給變量賦值命令 可直接在命令窗口中輸入：變量名 =元素值 。 例如定義變量 A為矩陣 1 2 3 4 5 6 7 8 9
3、 1 0 1 1 1 2 A MATLAB變量 可直接在命令窗口中輸入 A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12。 注意：同一行內(nèi)不同列元素用空格或逗 號(hào)分隔開，不同行之間用分號(hào)分隔。又 如可直接在命令窗口中輸入一個(gè)行向量 A=1,2,3,4,5。 MATLAB二維繪圖簡介 使用 plot命令繪制圖形 ()p l o t x , y 其中 x,y可為向量或矩陣 ,當(dāng) x,y同為 n維 向量時(shí)，使用該命令，將繪制出以向量 x 的元素為橫坐標(biāo)， y向量對(duì)應(yīng)元素為縱坐 標(biāo)的圖形。 控制器參數(shù)工程整定方法 方法一：經(jīng)驗(yàn)法 ：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí) 確定一
4、組參數(shù)，然后根據(jù)各參數(shù)的影響， 調(diào)整參數(shù)，直至滿意為止。 控制器參數(shù)工程整定方法 方法二：臨界比例度（帶）法 ： 比例度（帶） (%) ： 與比例系數(shù) Kc成 反比關(guān)系。 這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。 設(shè) TI= ， TD=0 ，使控制器工作在純 比例情況下，將比例帶由大逐漸變小 (對(duì) 應(yīng)的比例系數(shù) Kc由小逐漸變大 )，使系統(tǒng) 的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩。 臨界比例度法 臨界比例度法整定經(jīng)驗(yàn)公式 S Ti(S) Td(S) P 2 S PI 2.2 S TS/1.2 PID 1.6 S 0.5TS 0.125TS 最后對(duì)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直到動(dòng)態(tài)過程滿意為止。 控制
5、器參數(shù)工程整定方法 方法三：衰減曲線法 ：在閉環(huán)系統(tǒng)中， 先把控制器設(shè)置為純比例作用，然后把 比例帶由大逐漸減小 (對(duì)應(yīng)的比例系數(shù) Kc 由小逐漸變大 ) ，加階躍擾動(dòng)觀察輸出響 應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn) 4:1衰減過程為 止。 衰減曲線法 這時(shí)的比例帶稱為 4:1衰減比例帶，用 S 表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4:1衰 減周期 TS， 記錄 S和 TS。 衰減曲線法 按如下經(jīng)驗(yàn)公式整定 （ %） TI(S) TD(S) P S PI 1.2 S 0.5TS PID 0.8 S 0.3TS 0.1 TS 最后對(duì)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直到動(dòng)態(tài)過程滿意為止。 方法四
6、：響應(yīng)曲線法 ：如果被控對(duì)象是 一階慣性環(huán)節(jié) ，或具有很小滯后的一階 慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例帶法或阻尼振 蕩法（ 4:1衰減）就有難度。對(duì)于這種情 況，可采用下述的響應(yīng)曲線法來整定控 制器的參數(shù)。 控制器參數(shù)工程整定方法 響應(yīng)曲線法 方法三：響應(yīng)曲線法： 0X 令控制器的輸出為幅度為 x0,的階躍信號(hào)，則對(duì)象經(jīng)測(cè)量變送器后的輸出 Y（ t）。 0X 響應(yīng)曲線法 由該圖可確定 、 T和 Kc。 響應(yīng)曲線法 通過下式將比例系數(shù)轉(zhuǎn)化為比例度： 0 1 100% K 0 0 ( ) ( 0)yyK x 響應(yīng)曲線法 利用下表所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于衰減率為 4
7、:1時(shí)控制器的相關(guān)參數(shù)。 使用 MATLAB建立仿真模型 首先在命令窗口中鍵入 “ simulink”命令 或在 MATLAB工具條上用鼠標(biāo)左鍵單擊 相應(yīng)的工具按鈕都可以起動(dòng) simulink模 塊庫瀏覽器窗口。 simulink模塊庫瀏覽器窗口 模塊 庫目 錄樹 新建仿真模型 設(shè)置仿真時(shí)間 設(shè)置各模塊參數(shù) 、保存模型 、 運(yùn)行仿真 上述仿真模型各個(gè)模塊可從 Continuous、 Math Operations、 Sinks、 Sources 子庫中找到。 被控對(duì)象的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 被控對(duì)象的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)見任務(wù)書。 注意： 數(shù)據(jù)分為 3個(gè)版本，分別對(duì)應(yīng)學(xué)號(hào)： 3n， 3n+1， 3n+2。 設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容及格式要求 詳細(xì)要求見設(shè)計(jì)任務(wù)書。 注意： 1. 封面和評(píng)分表使用統(tǒng)一給定的格式。 2. 將任務(wù)書裝訂到設(shè)計(jì)報(bào)告的最前面（封 面之后）。 3. 將成績?cè)u(píng)定表裝訂到設(shè)計(jì)報(bào)告的最后面 （最后一頁）。 課程設(shè)計(jì)報(bào)告裝訂順序 從前到后依次為： 封面（給定） 任務(wù)書 （給定） 目錄 正文 參考文獻(xiàn)（不少于 5個(gè)） 評(píng)分表（給定）
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