過程控制大作業(yè)

1、自動(dòng)化儀表與過程控制課程大作業(yè)1、（15分）如圖所示為加熱爐的兩種控制方案。試分別畫出（a）、（b）所示兩種情況的方框圖，說明其調(diào)節(jié)過程并比較這兩種控制方案的特點(diǎn)。2、（15分）如圖所示為一液體儲(chǔ)槽，需要對(duì)液位加以自動(dòng)控制。為安全起見，儲(chǔ)槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止濫出，試在下述兩種情況下，分別確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式及調(diào)節(jié)器的正、反作用。（1）選擇流入量Qi為操縱變量；（2）選擇流出量Q0為操縱變量。（3）以上2種情況分別出其系統(tǒng)框圖。解（1）當(dāng)選擇流入量Qi為操縱變量時(shí)，為滿足貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣開閥；由于被控對(duì)象是“正”作用，所以，控制器應(yīng)為“反”作用。（2）當(dāng)選擇流入量

2、Qo為操縱變量時(shí)，為滿足貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出的工藝要求，執(zhí)行器應(yīng)為氣關(guān)閥；此時(shí)被控對(duì)象是“反”作用，所以，控制器應(yīng)為“反”作用。3、（20分）（用MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)）實(shí)驗(yàn)測(cè)得某液位過程的矩形脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)如下：t(s)01020406080100120140160180h(cm)000.20.61.21.61.82.01.91.71.6H000.20.82.03.65.47.49.31112.6t(s)200220240260280300320340360380400h(cm)10.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15H13.614.415.115.816.417.0

3、17.417.617.817.9518.1矩形脈沖幅值=20%閥門開度變化，脈沖寬度t=20s：（1）將該矩形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化為階躍響應(yīng)曲線；（2）根據(jù)階躍響應(yīng)曲線確定該過程的數(shù)學(xué)模型及相關(guān)參數(shù)（如K、T和等），并根據(jù)這些參數(shù)整定PI控制器的參數(shù)，用仿真結(jié)果驗(yàn)證之。程序：按一階環(huán)節(jié)計(jì)算t=01020406080100120140160180 200 220 240 260 280 300320340360380400;h=0 0 0.2 0.82.03.65.47.49.311.0 12.6 13.6 14.4 15.1 15.8 16.417.017.417.617.817.95 18.1;

4、plot(t,h);grid on;hold on;y1=0.39*18.1;y2=0.63*18.1;plot(0,400,y1,y1);plot(0,400,y2,y2);x1,y2=ginput(1);x2,y2=ginput(1)輸出結(jié)果為x1 = 117.5115y1 = 7.0468x2 = 164.5161y2 = 11.4327波形可得：t1=117.5 t2=164.5驗(yàn)證：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，符合條件。PI整定：可得仿真模型當(dāng)延遲為0時(shí)得到：不斷更改和的數(shù)值，當(dāng) 時(shí)，得到以下圖形：由圖形可以看出，基本實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)，得到較為理想的波形。4、（25分）已知副被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為模型為，

5、主被控對(duì)象傳函為，執(zhí)行器傳遞函數(shù)為，主檢測(cè)變送器的傳遞函數(shù)為，副檢測(cè)變送器的傳遞函數(shù)為。干擾源為0.4的單位階躍信號(hào)。（1）畫出串級(jí)控制系統(tǒng)的框圖及同等條件下的單回路系統(tǒng)框圖；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的兩個(gè)系統(tǒng)；（3）設(shè)定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并畫出相應(yīng)的單回路及串級(jí)控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線；串級(jí)控制系統(tǒng)：副回路PID整定：當(dāng)副回路PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定為：Kp=0.5 Ki=5 Kd=0.0025時(shí)，得到以下輸出波形調(diào)節(jié)Kp。Kp=0.1 Ki=5 Kd=0.0025時(shí)，得到以下輸出波形基本為4；1衰減Kp=0.1，Ts=3.，調(diào)整，使Ki=1主回路PID整定：Kp=1

6、.5時(shí)，Ts=20根據(jù)阻尼震蕩整定公式：，經(jīng)過調(diào)整：Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：完成整定單回路整定：Kp=2.5時(shí)，Ts=25-8=17，得到以下波形：當(dāng)Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：5、（25分）已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，干擾通道的傳遞函數(shù)為，執(zhí)行器傳遞函數(shù)為，檢測(cè)變送器的傳遞函數(shù)為，干擾信號(hào)為0.4的單位階躍信號(hào)。（1）確定前饋控制器的傳遞函數(shù)Gff（s），畫出反饋-前饋控制系統(tǒng)的框圖；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的兩個(gè)系統(tǒng)；（3）設(shè)定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并畫出相應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線（4）加入干擾后，觀察兩系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線的變化。(1)前饋控制器傳遞函數(shù)(2)前饋系統(tǒng)反饋前饋系統(tǒng)當(dāng)Kp=0.5， 得到以下波形；Ts=33-9=24阻尼震蕩法：，波形錯(cuò)誤。經(jīng)過調(diào)整，Kp=1，Ki=0.6，Kd=0.0998，得到以下波形：要求：1、 第1和第2題可以采用手寫，其它3題要進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，手寫和打印均用A4紙；2、 嚴(yán)禁抄襲，發(fā)現(xiàn)