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1、自动化仪表与过程控制课程大作业自动化仪表与过程控制课程大作业1、（5 分)如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出(a）、(）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。2、（15 分)如图所示为一液体储槽,需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽内液体严格禁止滥出,试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。（）选择流入量 Qi 为操纵变量;(2）选择流出量 Q为操纵变量。（3）以上 2 种情况分别出其系统框图。解(）当选择流入量 Qi 为操纵变量时,为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀;由于被控对象是“正”作用,所以，控
2、制器应为“反作用。1()当选择流入量 Q为操纵变量时,为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求,执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用,所以，控制器应为“反”作用。3、(20 分）(用 MTLAB 仿真实现)实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如下:t（s)(cm）000。20。8.0 65.400000。2400.6601.280.6101。8120。7.49.3112。6t(s)200220240 0h(c)108070。0。6。H13。64。15。41。181。17.40。428000320 00。23 020。530 00 51401.9161.7181.1。17.1。695 1 4
3、0矩形脉冲幅值=%阀门开度变化，脉冲宽度t2:(）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线;（)根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如 K、和等),并根据这些参数整定 PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。程序:按一阶环节计算t=0 120864 1012001 16001200 20 242260 280 30 3204060804;0h=0 0.247 4.5 6。.28。9.3 1。12。6 13。614。1.。8 16。417；。8 59。718。71。714710。plot(t，h);rd on;hoon；1=0.18.;y2=0。63*18.1;lot(0,400，y1）
4、；plot(0,400，2，y2)；1，y=gnp(1);x，2=gput（1）输出结果为x1 17。5115y1=7.0468x=64。5161y2 11。42波形32018161412t2=164.5108t1=117.56420050100150200250300350400可得:t1=17。5t2=16。5T0 2(t2t1)94 2t1t2 70.5T 0.640验证：当t104(0.8T0)145时，y*(145)18.1 0.5524当t15.75(2T0)158时,y*(258)18.1 0.867符合条件Kh()h()180u.10.2 90.5W（0s90.50s）KTe9
5、4s1e70.5s0s1P整定：KpK00.9(T10)0.0824Ti3.33(T0)0.3(T0)2T012.2(T0)KiKpTi可得Kp 0.01644Ti87.991 Ki 0.00019仿真模型PIDStepDiscretePID ControllerGain190.594s+1Transfer FcnTransportDelayScope当延迟为 0 时得到：不断更改Kp和Ki的数值，当Kp 0.0135Ki 0.0000019时，得到以下5图形：由图形可以看出,基本实现 P调节，得到较为理想的波形。4、(25 分)已知副被控对象的传递函数为模型为G(s)G01(s)1，主被控对
6、象传函为s 11,执行器传递函数为Gv(s)1，主检测变送器的传递函数为Gm1(s)1,副12s 1检测变送器的传递函数为Gm2(s)1。干扰源为 04 的单位阶跃信号.(1）画出串级控制系统的框图及同等条件下的单回路系统框图；（)在aa的 Siulink 下完成上面的两个系统;（)设定 PI调节器的参数,并画出相应的单回路及串级控制系统的单位阶跃响应曲线；串级控制系统：6Step2Step1PIDPID1s+11StepTransportScopeDiscreteDiscreteTransfer Fcn12s+1PID Controller1PID ControllerTransfer Fc
7、n1Delay1Gain11Gain副回路 PI整定:Step2StepScope1PID11PIDPID Controllers+112s+1Step1PID Controller1Transfer FcnTransfer Fcn1ScopeGain1Gain11当副回路 PID 调节器参数设定为:Kp0。5Ki=5Kd。025 时，得到以下输出波形7调节 Kp.K=0.1Ki=5Kd=0。005 时,得到以下输出波形基本为 4；1 衰减K=0.1，Ts=。Kp1Kp 0.088，Ki 0.11，Kd Kp0.1Ts 0.031.2s0.3Ts调整,使 Ki=8主回路 PID 整定:Step
8、2StepScope1PIDStep1PID Controller1PIDPID Controller1s+1Transfer Fcn112s+1Transfer Fcn1ScopeGain1Gain11Kp=15 时，Ts29根据阻尼震荡整定公式:KpKp11.25,Ki 0.2，Kd Kp0.1Ts 2.51.2s0.3Ts经过调整：K=2，=0.5，Kd=0。00,得到以下波形:完成整定单回路整定:10Step2Step1PIDStep1PID Controller1s+1Transfer Fcn112s+1Transfer Fcn1ScopeGain11p=2.5 时,s=817Kp1
9、Kp 2.08,Ki 0.4,Kd Kp0.1Ts3.5361.2s0.3Ts得到以下波形:11当p=2,Ki=.5，d0.005，得到以下波形:5、(25 分)已知被控对象的传递函数为D(s)G(s)112s 1,干扰通道的传递函数为1s2 2s 5,执行器传递函数为Gv(s)1，检测变送器的传递函数为Gm1(s)1,干扰信号为。4 的单位阶跃信号.(1)确定前馈控制器的传递函数ff(），画出反馈-前馈控制系统的框图;(2)在atla的 Smulnk 下完成上面的两个系统;(3）设定 PI调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线12(4）加入干扰后,观察两系统的阶跃响应曲线的变化。（1)前
10、馈控制器传递函数GD(s)f(s)G(s)12s1s22s5（2）前馈系统1Step1s +2s+52Transfer Fcn1Transfer Fcn212s+1s +2s+52StepPID1112s+1PID ControllerGain1Transfer FcnScopeGain1反馈前馈系统1Step1s +2s+52Transfer Fcn1Transfer Fcn212s+1s +2s+52StepPID1112s+1PID Controller Gain1Transfer FcnScopeGain1当=0。,得到以下波形;Ts=33-9=2413阻尼震荡法:Kp1Kp 0.416，Ki 0.05，Kd Kp0.1Ts 0.9981.2s0.3Ts波形错误。经过调整,Kp=,Ki=0.,Kd=0。0998，得到以下波形：14要求:1、第 1 和第 2 题可以采用手写，其它题要进行仿真设计，手写和打印均用 A纸;2、严禁抄袭，发现雷同，一律不及格;3、时间安排:2 月 10 日下午 4 点前,以班级为单位收齐后交到东 6B30,未位交的一律不准参加答辩。12 月 11 日12 日在东 6B01 答辩,具体时间到时再通知，不参加答辩的按缺考处理。1516