过程控制大作业2013

1、自动化仪表与过程控制课程大作业1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a）、（b）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。（1）选择流入量Qi为操纵变量；（2）选择流出量Q0为操纵变量。（3）以上2种情况分别出其系统框图。解（1）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，控制器应为“反”作用。（2）当选择流入量

2、Qo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MATLAB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)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矩形脉冲幅值=20%阀门开度变化，脉冲宽度t=20s：（1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线；（2）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、T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=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)输出结果为x1 = 117.5115y1 = 7.0468x2 = 164.5161y2 = 11.4327波形可得：t1=117.5 t2=164.5 验证：当时，当时，符合条件。PI整定：可得仿真模型当延迟为0时得到：不断更改和的数值，当 时，得到以下图形：由图形可以看出，基本实现PI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

5、，主被控对象传函为，执行器传递函数为，主检测变送器的传递函数为，副检测变送器的传递函数为。干扰源为0.4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；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的两个系统；（3）设定PID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：副回路PID整定：当副回路PID调节器参数设定为：Kp=0.5 Ki=5 Kd=0.0025时，得到以下输出波形调节Kp。Kp=0.1 Ki=5 Kd=0.0025时，得到以下输出波形基本为4；1衰减Kp=0.1，Ts=3.，调整，使Ki=1主回路PID整定：Kp=

6、1.5时，Ts=20根据阻尼震荡整定公式：，经过调整：Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：完成整定单回路整定：Kp=2.5时，Ts=25-8=17，得到以下波形：当Kp=2，Ki=0.5，Kd=0.005，得到以下波形：5、（25分）已知被控对象的传递函数为，干扰通道的传递函数为，执行器传递函数为，检测变送器的传递函数为，干扰信号为0.4的单位阶跃信号。（1）确定前馈控制器的传递函数Gff（s），画出反馈-前馈控制系统的框图；（2）在Matlab的Simulink下完成上面的两个系统；（3）设定PID调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线（4）加入干扰后，观察两系统的阶跃响应曲线的变化。(1)前馈控制器传递函数(2)前馈系统反馈前馈系统当Kp=0.5， 得到以下波形；Ts=33-9=24阻尼震荡法：，波形错误。经过调整，Kp=1，Ki=0.6，Kd=0.0998，得到以下波形：要求：1、 第1和第2题可以采用手写，其它3题要进行仿真设计，手写和打印均用A4纸；2、 严禁抄袭，发