总实验报告..docx

实验一 过程控制系统建模作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。常见的工业过程动态特性的类型有：有自平衡能力的对象和无自平衡能力的对象有自平衡能力的对象：单容对象、双容对象和多容对象。无自平衡能力的对象：单容对象、双容对象和多容对象。相应模型如下：单位阶跃响应曲线如下：作业题目二：某二阶系统的模型为，二阶系统的性能主要取决于，两个参数。试利用Simulink仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解。分别进行下列仿真：（1）不变时，分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线：（2）不变时，分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线：实验二 PID控制建立如下所示Simulink仿真系统图。利用Simulink仿真软件进行如下实验：建立如图所示的实验Simulink原理图。双击原理图中的PID模块，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。如取比例增益Kp=1，得如下响应曲线：其中黄色为阶跃输入的曲线，红色为输出响应的曲线。可知此时系统无超调，稳态误差大。进行仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；然后调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。依次取Kp=2、4、6，得曲线如下：Kp=2：，Kp=4：Kp=6：可知：当Kp较小的时候，输出的超调量较小，振荡不明显，振荡频率较小，但余差较大，调节时间也较大；当Kp较大时，超调量也增大，振荡加剧，振荡频率增大，余差减小，调节时间也减小。但系统余差始终不为零。结论：比例环节能降低余差并提高系统速度，且为有差调节。Kp越大，系统的稳态误差越小，调节时间越小，提高了响应的速度，但超调量也越大，振荡加剧，系统稳定性降低。重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。取Kp=6，并依次取Kd=0.5、1、2、3，得曲线如下：Kd=0.5：，Kd=1：Kd=2：， Kd=3：可知：当Kd较小的时候，输出的超调量较大，振荡频率较大，调节时间也较大；当Kd较大时，超调量减小，振荡频率减小，调节时间也减小。另外，不管Kd取多大，稳态误差都存在，不为零。结论：微分环节能加快系统的响应速度，降低超调量，并能抑制振荡，改善了系统的动态性能。但微分环节与比例环节均不能使系统的稳态误差为零。重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分的作用。取Kp=6，并依次取Ki=0.1、1、3、4，得曲线如下：Ki=0.1：，Ki=1：Ki=3：，Ki=4：可知：加入积分环节后，与纯比例环节或比例微分环节相比调节时间增大，但稳态误差为零；随Ki的增大，超调量与调节时间均增大，且当Ki大于一定值时系统变为发散振荡，趋于不稳定。结论：积分环节能使系统的稳态误差为零，但降低系统的响应速度，降低其稳定性。重复（步骤2,3），将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分的作用。依次取以下几组参数值，得曲线如图：1、Kp=4，Ki=1，Kd=1 2、Kp=6，Ki=1，Kd=1 3、Kp=6，Ki=2，Kd=1 4、Kp=6，Ki=3，Kd=1 5、Kp=6，Ki=3，Kd=2 6、Kp=6，Ki=3，Kd=3 可知：比例环节提速，积分环节使稳态误差为零，微分环节改善动态性能。 结论：采用比例积分微分环节后，即利用了比例稳分环节的快速性，加快系统响应，又能使系统的稳态误差为零，调节效果较好。将PID控制器的积分微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。不断修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。当Kp=6时，衰减比为4。修改比例增益，使系统输出的过度过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例增益值。当Kp=15.6时，衰减比为2。 修改比例增益，使系统输出呈现临界振荡波形，记下此时的比例增益。Kp=100，Kp=1000 由图可知，Kp值越大，系统的衰减比越小。故要使系统呈现临界波形，可使Kp趋于无穷大。将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断修改比例、积分增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2,4,10，记下此时比例和积分增益。Kp=9，Ki=0.9时n=2： Kp=5.6，Ki=0.1时n=4： Kp=4.35，Ki=0.1时n=10 11. 将PID控制器的比例、积分、微分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断修