过程控制系统-课程设计ppt课件

1、Process Control System & Instrumentation 过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计n设计课题：工业被控过程建模与控制器参数的工程整定（每个班对象数据不同）n设计时间：20-21周6.25-7.6）n统一答疑时间：6月28日、7月2日上午8:30n答疑地点：4-411Process Control System & Instrumentation 过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计n答辩时间：7月5日上午8：30开始n答辩地点：4-411Process Control System & Instrumentation 课程设计

2、内容课程设计内容n大体分以下两大部分：n工业被控过程的建模n控制系统的工程整定Process Control System & Instrumentation 工业被控对象工业被控对象n典型控制系统框图单闭环）Process Control System & Instrumentation 广义被控对象广义被控对象Process Control System & Instrumentation 工业被控过程的建模工业被控过程的建模n机理法见教材或课程设计指导书）n试验法测试法：时域方法；频域方法；统计相关法）n 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

3、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。Process Control System & Instrumentation 工业被控过程的建模工业被控过程的建模n切线法确定一阶环节参数Process Control System & Instrumentation MATLAB 软件简介软件简介n 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；n算法开发；n系统建模和仿真；n数据分析和可视化；n科学和工程绘图；Process Control System & Instru

4、mentation MATLAB 软件简介软件简介nMATLAB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）。Process Control System & Instrumentation MATLAB变量变量n定义变量并给变量赋值命令定义变量并给变量赋值命令n 可直接在命令窗口中输入：变量名可直接在命令窗口中输入：变量名=元素值元素值。例如定义变量例如定义变量A为矩阵为矩阵1234567891011 12AProcess Control System & Instrumentation MATLAB变量变量n可直

5、接在命令窗口中输入A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12。n留意：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。Process Control System & Instrumentation MATLAB二维绘图简介二维绘图简介n使用使用plot命令绘制图形命令绘制图形()plot x,yn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。 Process Control System & Instrument

6、ation 控制器参数工程整定方法控制器参数工程整定方法n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。n留意：由于我们经验和先验知识不足，所以本次设计中不使用此方法。Process Control System & Instrumentation 控制器参数工程整定方法控制器参数工程整定方法n方法二：临界比例度带法：n比例度带(%) ：与比例系数Kc成反比关系。n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。 Pr

7、ocess Control System & Instrumentation 临界比例度法临界比例度法Process Control System & Instrumentation 临界比例度法整定经验公式临界比例度法整定经验公式STi(S)Td(S)P2SPI2.2STS/1.2PID1.6S0.5TS0.125TSn最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。Process Control System & Instrumentation 衰减曲线法衰减曲线法n方法二：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K

8、c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。 Process Control System & Instrumentation 衰减曲线法衰减曲线法n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TS，记录S和TS。Process Control System & Instrumentation 衰减曲线法衰减曲线法n按如下经验公式整定 （%） TI(S)TD(S)PSPI1.2S0.5TSPID0.8S0.3TS0.1 TS n最后对参数进行微调，直到动态过程满意为止。Process Control S

9、ystem & Instrumentation 响应曲线法响应曲线法n方法三：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。 Process Control System & Instrumentation 响应曲线法响应曲线法n方法三：响应曲线法：0X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Yt）， 0XProcess Control System & Instrumentation 响应曲线法响应曲线法n由该图可

10、确定、T和 Kc。Process Control System & Instrumentation 响应曲线法响应曲线法n通过下式将比例系数转化为比例度： 1100%cK0( )(0)cyyKx Process Control System & Instrumentation 响应曲线法响应曲线法n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。 Process Control System & Instrumentation 使用使用MATLAB建立仿真模型建立仿真模型n首先在命令窗口中键入“simulink命令或在MATLAB工具条上用鼠标

11、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。Process Control System & Instrumentation simulink模块库浏览器窗口模块库浏览器窗口模 块库 目录树Process Control System & Instrumentation 新建仿真模型新建仿真模型 设置仿真时间Process Control System & Instrumentation 设置各模块参数设置各模块参数 、保存模型、保存模型 、运行仿真、运行仿真 n上述仿真模型各个模块可从Continuous、Math Operations、Sinks、Sources子库中找到。n设置各模块参数 、保存模型 、运行仿真参见设计指导书。Process Control System & Instrumentation 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n被控对象的单位阶跃响应数据见