北科大自动化生产线实训报告精要.doc

北京科技大学 自动化生产线实训 实验报告 班 级： 自1302 姓 名： 学 号： 指导教师： 崔家瑞 日 期：2016年5月30日 目 录 目 录 i 1系统概述 3 1.1实验对象 3 1.2上位机软件 3 1.3下位机 3 1.4实验任务与目的 3 1.5分组情况 4 2单容水箱建模 5 2.1建模方法概述 5 2.1.1 机理建模 5 2.1.2 实验方法建模 5 2.1.3 对象模型的影响因素分析 5 2.2阶跃响应法建模 6 2.2.1 理论基础 6 2.2.2 实验步骤 7 2.2.3模型建立 7 2.2.4 结果分析 9 3.1利用Matlab建立系统模型 12 3.1.1 作图法 12 3.1.2 计算法 13 3.1.3 Simulink仿真 16 3.1.4 误差分析 17 3.2利用Matlab对控制器参数进行整定 19 3.2.1 稳定边界法 19 3.2.2 Signal Constraint模块参数自整定 22 3.2.3 比较分析 25 4单容水箱PID控制 27 4.1实验原理 27 4.2实验步骤 27 4.3结果分析 28 5创新项目 33 5.1创新项目介绍 33 5.1.1实验内容和目的 33 5.1.2实验步骤 33 5.1.3实验结果 34 5.1.4结论 37 5.2创新项目设计报告 37 6实训总结 38 6.1目标，过程，结果等分析 38 6.2对实训的收获，要求和建议 38 1系统概述 1.1实验对象 本系统的控制系统和对象是一体的，连通手阀采用金属球阀（长80mm） 图1.1 A1000小型多参数过程控制系统流程图 该系统提供了两路动力支流，既可以满足两个同学同时进行压力、流量和液位实验，还可以一路用于提供水流，一路用于提供干扰。JV13和JV23提供泄漏干扰。 1.2上位机软件 上位机组态软件为组态王。 1.3下位机 西门子S7-200PLC。S7-200是最低端系列，适用于小型，对控制要求高的场合。 1.4实验任务与目的 1、熟悉本套系统，明确应该如何进行本次实验 2、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线 3、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法确定其参数。 4、熟悉利用MATLAB建立系统数学模型的方法。 5、学会利用MATLAB/Simulink对系统建模的方法。 6、熟悉并学会稳定边界法。 7、熟悉并学会PID参数的自整定法。 8、较为深刻理解液位PID单回路控制的原理，并掌握PID相关参数的设定方法。 1.5分组情况 组长： 组员： 2单容水箱建模 2.1建模方法概述 2.1.1 机理建模 机理分析是根据对现实对象特性的认识，分析其因果关系，找出反映内部机理的规律。立足于揭示事物内在规律。通过内在机理分析，按照质量、能量、动量守恒定律，通过理论推导建立过程数学模型的方法，称为机理分析建模法。 机理分析建模的基本依据：质量守恒(物质不灭定律)、能量守恒(热力学第一定律，系统能量的增加等于加入系统的热量减去系统对外所做的功)、动量守恒(牛顿第二定律，系统的动量变化率与作用在该系统上的力相等)。 使用基本定律的方法：根据系统的具体情况，规定一个划定体积，以这一个划定体积为对象，依据守恒定律，列些衡算方程。 质量守恒：物料衡算；能量守恒：热量衡算；动量守恒：动量衡算。 机理建模具有非常明确的物理意义，所得的模型具有很大的适应性，便于对模型参数进行调整。但对于某些对象，人们还难以写出它们的数学表达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时，不能使用。 2.1.2 实验方法建模 机理法建模需要一定条件，但多数工业过程机理复杂或者环节较多，难以理论分析建立模型。 并且某些对象在运行过程中其动态特性随着工况的改变而改变。实验方法建模不需要了解对象的工作机理，依据输入输出实验数据，通过过程辨识和参数估计的方法建立模型。 对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为地输入作用(输入量)，然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量(输出量)随时间变化的规律，得到一系列实验数据(或曲线)。这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。常用的实验性能测试方法有阶跃响应曲线法。 2.1.3 对象模型的影响因素分析 该实验对象模型的影响主要来自于传感器的精度、液面的震荡、建模处理方法等方面。 2.2阶跃响应法建模 2.2.1 理论基础 经过详细的理论推导可知，单容水箱的动态数学模型是一阶惯性环节加纯延迟的系统，其传递函数为，式中，K为对象放大系数，为对