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[实习总结]自动控制原理实习报告
《自动控制原理》课程设计
班级:自动化09-3
学号姓名:王辉
任务一：双容水箱对象的建模、仿真、控制系统分析与设计
一、实验目的：
1：使用控制系统实验箱搭建电路，模拟水箱液位控制系统的被控对象，最后针对搭建的模拟对象设计控制系统，满足控制要求。
2：实验原理
二阶水箱介绍
A3000现场系统包括三水箱，一个锅炉，一个强制换热器，两个水泵，两个流量计，一个电动调节阀。其他还包括加热管，大水箱。图见1-1。
图1-2 模拟对象设计控制系统
控制系统设计任务
通过测量实际装置的尺寸，采集DCS系统的数据建立二阶水箱液位对象模型。（先建立机理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数）
根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。
通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，验证模拟对象的正确性。
采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标（超调量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。
采用PI控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。
采用PID控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。
通过串联超前滞后环节校正系统，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将校正环节应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。
三 .课程设计
任务一、双容水箱对象的建模、仿真、控制系统分析与设计
1、建立二阶水箱液位对象模型
（1）用机理建模（白箱）方法建立系统模型并线性化
变量：控制作用u1，控制调节阀的开度，影响第一个水箱液位H1，第二个水箱液位H2。
水箱参数：面积A1=1200，A2=700，u2=50，u3=52.,k1=10，k2=1.9，k3=1.65，
被控变量：第二个水箱的液位H2
二阶水箱的传递函数模型建立过程如下：
1）
(1) 物料平衡 (2)
将（1）带入（2）得： (3)
2）泰勒级数展开，在工作点处进行线性化
平衡点：u1=50,H1=27.7,H2=33.96,
a.稳态时关系式
(4) (5)
b.将（4）带入（3），变量用增量代替：
（6）
c.方程（6）线性化，将在处展成Taylor级数，取线性项：
= H2同样 （7）
d.最后得线性化微分方程
3）系统状态方程：
(8)
带入数据：
（9）
e.将上状态方程转成传递函数：
(10)
(11)
(12)
Matlab转换成传函形式：
(13)
图1.1：机理模型阶跃响应曲线
(2)用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型
图1.2水槽模型数据曲线
模型建立过程如下：
先进行归一化处理：
K值的确定：
用两点法对二阶系统进行辨识：
y(0.4)= y(∞)0.4+y(0)
y(0.8)= y(∞)0.8+y(0)
在图上进行查找可得对应的、
图1.3上行建模曲线
一般来说，二阶对象满足：
解得与。
（1）上行时：
=150 =336，代入公式
由此可得系统的传递函数为
G（s）=
图1.4上行模型阶跃响应曲线
（2）下行时
=150 =336，代入公式
由此可得系统的传递函数为
G（s）=
图1.5下行模型阶跃响应曲线
误差分析：
1.实验所用仿真装置存在误差，即系统误差。
2.在读数阶段存在估读，会产生误差；在读图取点时也有误差。
3.辨识二阶模型时，求取时间常数的公式里有近似环节。
4.构建机理模型，在线性化过程中存在近似。在机理建模线性化过程中我们将高次项舍
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