自动化仪表与过程控制课程大作业3.docVIP

PAGE PAGE 12 自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（20分）如图所示热化工生产中的连续反应器示意图。 其工艺为：物料自顶部连续进入槽中，经反应产生的热量由冷却夹套中的冷却水带走。为了保证产品质量，必须严格控制反应温度θ1。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 原来选择的控制方案如图所示，控制精度无法达到预期要求。 （1）该系统是一个时间常数较大的系统，尤其是冷却水的进水流量常常波动，导致反应器内部温度动态偏差较大。试设计一个串级控制系统，提高控制精度。（画出控制系统连接图和方框图）聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 （2）分析当冷却水的进水流量突然增大时，该系统是如何消除扰动、提高控制精度的。 2、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 t(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 h(mm) 0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T和，并根据这些参数整定PI调节器的参数，用仿真结果验证之。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 解： 绘出输入/输出的关系曲线。 输入以下指令，得到阶跃响应曲线。 t=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100]; h=[0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3]; plot(t,h); xlabel(时间t(s)); ylabel(液位h(mm)); grid on; hold on; 在拐点处做切线，与稳态值h=6.3和时间轴都有交点; 输入以下指令，取点 [x,y]=ginput(1) [x1,y1]=ginput(1) 得到时间τ=5.1843；T=39.2857-5.1843=34 对得到参数进行标注 gtext(τ=5.1843) gtext( T=34 ) gtext(h=6.3) 具有延迟的一阶惯性环节的传递函数为：Gs 求得： 所以对象的传递函数为：G 根据柯恩-库恩整定公式：K T 求得：Kp=0.09 TI=13.09 使用matlab中Simulik进行仿真： 绘制系统仿真图 设置PI参数 得到阶跃响应仿真曲线： 从仿真图中可以看出超调较大，调整PI参数 得到最终的响应曲线： 可以看出，此时该曲线较为理想，因此将PI调节器参数整定为Kp =0.07；KI =0.002。 3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：，，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为。当延迟环节分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID调节器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 解： 当延迟环节在副回路时： 主回路开环，先整定副回路。 按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2 =1.18时，控制曲线如下，从下图可知，此时衰减比约为4:1謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 主回路闭合，整定主回路。 副控制的参数为Kc2=1.18，调节主控制器参数，当Kc1=2.0时，阶跃响应如下图所示： 在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，根据衰减曲线法取Kc1=2.2，Kc2=1.0 系统阶跃响应曲线如下图： 反复试验，当Kc1=2.5，KI =0.09，Kc2=0.8时图形较为理想。 当延迟环节在主回路时： 主回路开环，先整定副回路。 按单回路方法整定副控制器，不断的试验，当Kc2 =8时，控制曲线如下，从下图可知，此时衰减比约为4:1。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 主回路闭合，整定主回路。 副控制的参数为Kc2=8，调节主控制器参数，当Kc1=2.8时，阶跃响应如下图所示： 在主回路闭环的情况下重新整定副调节器参数，根据衰减曲线法取Kc1=2.5，KI =0.1， Kc2=5系统阶跃响应曲线如下图： 反复试验，当Kc1=3.0，KI =0.1，Kc2=0.9时图形较为理想。 二次扰动影响燃烧室温度，于是副调节器立即发出校正信号，经过副回路的及时控制一般不影响烧成温度；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，仍影响烧成温度，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使烧成温度调回到给定值。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 串级控制系统与单回路控制系统的抗二次干扰能力之比为： 当都采用P调节时Qc（s Kc1 Kc2Kc 由上述分析可知，由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，从而大大减小了二次扰动的影响，提高了控制质量。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 4、（15分）根据如图所示，当选择进水流量Q1为控制