过程控制工程

《过程控制工程》课程设计学院：物联网工程学院班级：自动化1104姓名：学号：07041104指导老师：朱志芳成绩：某加热炉的数学模型为，试设计大时延控制系统，具体要求如下：仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图；在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。一．大延迟系统方案一PID1、参数设定P：0.48I：0D：02、控制方案图如下：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=370s过渡时间tr=250s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1衰减比1.5/1=1.5振荡频率f=1/T=1/650=0.0015HZ外加扰动的控制方案如图如图，我们在5000s时外加一个幅值为5的干扰信号：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=370s过渡时间tr=250s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1衰减比1.5/1=1.5振荡频率f=1/T=1/650=0.0015HZ由上图可知此方案抗干扰性能一般。加入可变输入后观察随动性能的控制系统图运行结果如图：其中：超调量δ=（1.25-0.6）/0.6=1.08峰值时间tp=350s过渡时间tr=220s余差e（∞）=1-0.6=0.4第一个波峰值1.25第二个波峰值1.1衰减比1.25/1.1=1.14振荡频率f=1/T=1/500=0.002HZ由上图可知此方案的跟踪性能一般。大延迟系统方案二微分先行参数设定P：0.5I：0D：0T3=1.2T4=1控制方案图如下：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=350s过渡时间tr=230s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1.25衰减比1.5/1.25=1.2振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ3、外加扰动的控制方案如图如图，我们在5000s时外加一个幅值为5的干扰信号：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=350s过渡时间tr=230s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1.25衰减比1.5/1.25=1.2振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ由上图可知此方案抗干扰性能一般。加入可变输入后观察随动性能的控制系统图运行结果如图：其中：超调量δ=（1.4-0.6）/0.6=0.1.33峰值时间tp=350s过渡时间tr=220s余差e（∞）=1-0.6=0.4第一个波峰值1.4第二个波峰值1.1衰减比1.4/1.1=1.27振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ由上图可知此方案的跟踪性能一般。大延迟系统方案三中间微分参数设定P:0.5I:0D:0Kd=0.48Td=0.62、控制方案如下图：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=350s过渡时间tr=230s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1.25衰减比1.5/1.25=1.2振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ3、外加扰动的控制方案如图如图，我们在5000s时外加一个幅值为5的干扰信号：运行结果如下：其中：超调量δ=（1.5-0.8）/0.8=0.875峰值时间tp=350s过渡时间tr=230s余差e（∞）=1-0.8=0.2第一个波峰值1.5第二个波峰值1.25衰减比1.5/1.25=1.2振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ由上图可知此方案的抗干扰性能一般。加入可变输入后观察随动性能的控制系统图运行结果如下：其中：超调量δ=（1.4-0.6）/0.6=0.1.33峰值时间tp=350s过渡时间tr=220s余差e（∞）=1-0.6=0.4第一个波峰值1.4第二个波峰值1.1衰减比1.4/1.1=1.27振荡频率f=1/T=1/550=0.0018HZ由上图可知此方案的跟踪性能一般。四．大延迟系统方案四SMITH预估1、参数设定P：0.5I：0D：02、控制系统方案图运行结果如下：其中：超调量δ=0峰值时间tp=500s过渡时间tr=500s余差e（∞）=1-0.8=0.23、外加扰动的控制方案如图如图，我们在5000s时外加一个幅值为5的干扰信号：运行结果如下：其中：超调量δ=0峰值时间tp=500s过渡时间tr=500s余差e（∞）=1-0.8=0.2由上图可知此方案的抗干扰性能良好。加入可变输入后观察随动性能的控制系统图运行结果如下：其中：超调量δ=0峰值时间tp=300s过渡时间tr=300s余差e（∞）=1-0.6=0.4由上图可知此方案的随动性能良好。五．增益自适应1、参数设定P:0.5I:0D:02、控制系统方案图运行结果如下：其中：超调量δ=0峰值时间tp=520s过渡时间tr=520s余差e（∞）=1-0.8=0.23、外加扰动的控制方案如图如图，我们在5000s时外加一个幅值为5的干扰信号：运行结果如下：其中：超调量δ=0峰值时间tp=520s过渡时间tr=520s