先进过程控制系统报告.docx
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先进过程控制系统报告
先进过程控制系统
实验报告
过程控制系统实验
实验二传感器、执行器实验
3、流量传感器的测试
脉冲数（个/秒）
131
65
194
31
11
流量（l/min）
1.941
1.135
2.711
0.720
0.476
思考题
1、用传感器测量过程变量的准确性如何？
如果有误差，可以采取什么方法进行修正？
答：
实验显示，使用传感器测量过程变量准确度较高，迟滞短，能较好的跟踪变量的变化。
误差修正：
对于变化缓慢的变量可以在很短的时间能多次测量取平均值；可以对传感器输出信号进行滤波去噪，及数据平滑等预处理减小误差。
实验三系统动态特性的测试
h（mm）
120
160
200
240
（l/min）
1.599
2.338
3.507
7.014
54.13
36.07
11.41
33.87
其中水箱的截面积
。
思考题
1、分析可能造成模型不准确的原因。
答：
实验过程中，将出水阀旋转至固定位置，随着水位变化的不同实际出水速度与液位高低变化不是线性关系，水位差越大，水流速度差别也越大，而设计的模型是按照线性关系进行设计的。
此外，该液位传感器测量的是某一点液体表面至容器底部的距离，而由于液体表面波动较剧烈，测量的结果有较大抖动，无法很好地测量液位高度，引入较大误差。
实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定
1、
画出液位单回路控制系统方框图。
2、根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期
0.5s。
3、运用经验法确定数字调节器的参数
实验次数
调节器参数
性能指标
1
2.5
0.2
0
5.5%
221.4
2
2.5
0.15
0
3%
207.8
3
3
0.2
0
2%
244
4
3
0.25
0
4%
228
思考题
1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？
为了提高控制效果，你在控制算法上还采取了哪些措施？
答：
液位测量过程中，液位传感器测量水表面高度，由于水面波动较大，测量结果有较大抖动；为了降低因水面波动造成的测量偏差，减去超调量，将检测的液位高度统一加上10mm作为测量值进行控制，当液位快达到指定高度时便减小进水阀门，减小超调量，减小稳定时间。
仿真实验
实验二过程参数PID控制仿真
给定某一液位过程系统的模型为
（1）
1.给出
（1）系统在单位阶跃信号作用下的响应。
2.期望输出y=1，设计PID控制回路：
a.编写M文件，建立单回路过程控制系统，整定PID参数，记录响应曲线。
K=5.78;T=25.4;t=5;
num0=5.78;
den0=[25.41];
[num1,den1]=pade（t,4）
num=conv（num0,num1）;
den=conv（den0,den1）;
G=tf（num,den）;
Kp=1.2*T/（K*t）
Ti=2*t
Td=0.5*t
s=tf（'s'）;
Gc=Kp*（1+1/（Ti*s）+Td*s）;
Gk=Gc*G
sys=feedback（Gk,1,-1）;
step（sys）;
grid
参数值：
Kp=1.0547Ti=10Td=2.5
（此处采用Ziegler-Nichols经验整定方法）
b.使用SIMULINK建立单回路过程控制系统，整定PID参数，记录响应曲线。
思考题
1．比较M文件和SIMULINK的仿真结果，如果有差异，试分析原因。
答：
仿真结果开始处有差异，具体原因可能是因Simulink是动态的序贯连接仿真，而M语言不是按照在每个步长同时更新各个环节状态。
2．给出PID整定过程。
答：
本实验PID参数整定采用Ziegler-Nichols经验整定方法整点方法，构建闭环控制回路，确定稳定极限，再根据公式计算控制器参数。
实验三复杂过程对象PID控制仿真
某串级控制系统结构框图如下，系统中有两个PID控制器，PID2所在内环称为副回路，PID1所在外环称为主回路。
主调节器的输出控制量作为副回路的给定量。
1．期望输出y=1，根据结构图构造Simulink模型文件。
2．整定控制器参数，观察仿真曲线。
参数：
副回路PID控制只采用比例控制KP2=20，主回路采用PID控制，参数KP1=150，Ti=10，Td=0.025
思考题
1．给出控制器参数整定过程。
答：
副回路采用比例控制，选取适当的放大倍数。
再将串级PID控制转换成单PID控制，使用Ziegler-Nichols经验整定方法整点。
实验四非线性控制时滞系统迭代学习控制算法仿真
当仿真情形变为：
（1）、系统初值无偏差、
且
；
答：
将simulink图中干扰信号的选择开关打到最下面，或者将上面的f（u）改为0；
（2）、系统初值偏差在
之间随机变化、
且
；
答：
在上一问的基础上把m文件里的v=0改为v=0.1*rand
（1）*（-1）^k;并将该句放置fork=1:
20z=2^（-k）;之后。
（3）、系统初值偏差在
之间随机变化、
且
答：
在上一问的基础上把simulink里的f（u）改回原来的值；
实验五利用输入-输出的模型参考自适应控制系统的设计与仿真
仿真情形为：
1）参考输入为单位阶跃信号，当t=30时，在过程输出端加一幅值为0.3的恒值干扰；
答：
将yr中所有zeros（1,250）均换成ones（1,250）；for循环中增加if语句，ifi>300yp（i）=Yp+0.3;
2）参考输入为单位阶跃信号，当t=30时，过程参数发生突然变化：
；
答：
将yr中所有zeros（1,250）均换成ones（1,250）；for循环中增加if语句：
ifi=300
ap1=0.8*ap1;ap2=0.7*ap2;kp=1.1*kp;b0=1.3*b0;end
思考题
1.本实验用数值积分法（欧拉法）仿真，请简述欧拉法的原理。
答：
欧拉法是最简单的单步法，对微分方程
如果步长h足够小，则
变化也很小，可以用矩形积分
近似，代替曲线积分
得到差分方程
。
因已知
可以由差分方程依次求出y1，y2等等。
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