工业过程控制及自动化仪表实验1new.doc

北京联合大学 实 验 报 告 课程（项目）名称：实验一 被控过程的动态特性及PID调节器特性 学 院： 自动化学院 专 业： 电气工程与自动化 班 级： 0910030101 学 号： 2009100301126 姓 名： 林驷淇 成 绩： 2012 年05月12日 一、任务与目的 了解Matlab的实验环境； 掌握Matlab创建模型的方法； 理解过程特征参数变化对其动态特性的影响； 理解PID调节器参数对其特性的影响。 二、实验条件 Matlab7.0仿真软件 三、实验内容 1、观察下述8种对象模型的阶跃响应曲线； ⑴一阶惯性：K/(Ts+1)； ⑸一阶惯性加滞后：Ke-τs/(Ts+1)； ⑵二阶惯性：K/[(T1s+1)(T2s+1)]； ⑹二阶惯性加滞后：Ke-τs/[(T1s+1)(T2s+1)]； ⑶ 积分环节：1/Tas； ⑺积分加纯滞后：e-τs/Tas； ⑷一阶惯性加积分：1/Tas(Ts+1)； ⑻积分一阶惯性加纯滞后：e-τs/Tas（Ts+1）； 2、观察参数改变后对过程输出曲线的影响； 3、创建PID调节器模型，观察各种调节规律的输出曲线； 4、观察PID参数改变后对其输出曲线的影响； 5、打印所有输出曲线图形并注明各参数值； 四、实验步骤 1、打开simulink工具箱 2、按照实验指导书要求，建立起相应模型 3、绘制输出曲线 4、分析现象 五、现象分析 1、一阶惯性环节、二阶惯性环节、积分环节、一阶惯性加积分环节分析 接线图： 对应输出曲线 图1-1 图中紫色曲线代表一阶惯性环节、绿色曲线代表二阶惯性环节、红色代表积分惯性环节、蓝色代表一阶惯性加积分环节 分析：从图中应可以看出，红色和蓝色带有积分环节的曲线无自衡能力；绿色和蓝色曲线为双容对象曲线，带有容积滞后。 2、带有滞后的一阶惯性环节、二阶惯性环节、积分环节、一阶惯性加积分环节分析 接线图： 对应输出曲线 图1-2 图中紫色代表加入延时的一阶惯性环节、绿色曲线代表加入延时的二阶惯性环节、红色代表加入延时的积分惯性环节、蓝色代表加入延时的一阶惯性加积分环节 分析：其分析与图1-1，不加时间延时的各个环节相同，不同的是，加入时间延时后，可以从图中看出响应输出曲线明显滞后。 3、改变参数值后的一阶惯性环节、二阶惯性环节、积分环节、一阶惯性加积分环节分析 接线图： 对应输出曲线： 图1-3 图中紫色曲线代表一阶惯性环节、绿色曲线代表二阶惯性环节、红色代表积分惯性环节、蓝色代表一阶惯性加积分环节。 分析：同图1-1比较，可以发现一阶惯性环节和二阶惯性环节的终值变小，积分惯性环节和一阶惯性加积分环节的发散时间加快。 4、改变参数值后，带有滞后的一阶惯性环节、二阶惯性环节、积分环节、一阶惯性加积分环节分析 接线图： 对应输出曲线： 图1-4 分析：同图1-2比较后可看出，其分析结果同图1-1与图1-3比较后结果相同 创建PID调节器模型 在simulink工具箱中分别将比例增益模块、积分模块以及微分模块并联，形成PID模块，加入输入输出模块，即可观察到PID调节器模型对应的输出曲线。 接线图： 对应输出曲线： 图1-5 改变PID参数后观察曲线 连接图： 对应输出曲线： 图1-6 分析：加强微分作用后，曲线的超调时间缩短，冲击作用加强；加强比例作用后，系统的稳定值增加。 六、结论 通过此次实验，可以得出以下结论： 1、再加入延时后，系统的输出响应会相应的推迟； 2、当系统为多容环节时，输出会有容积滞后现象； 3、当加入积分环节后，系统会由有自衡能力变成无自衡能力系统；换言之，积分环节影响系统稳定性； 4、当积分时间常熟越大时，系统稳定性越低，发散时间越快； 5、一阶惯性环节时间常数越大，系统终值越小； 6、比例作用加强，系统的终值增加； 7、微分作用加强，系统超调时间减小。 七、评语