過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)課件

1、Process Control System & Instrumentation 過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)n設(shè)計(jì)課題：工業(yè)被控過程建模與控制器參數(shù)工業(yè)被控過程建模與控制器參數(shù)的工程整定的工程整定（每個班對象數(shù)據(jù)不同）n設(shè)計(jì)時間：20-21周（6.25-7.6）n統(tǒng)一答疑時間：6月28日、7月2日上午8:30n答疑地點(diǎn)：4-411Process Control System & Instrumentation 過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)n答辯時間：7月5日上午8：30開始n答辯地點(diǎn)：4-411Process Control System &

2、Instrumentation 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)內(nèi)容n大體分以下兩大部分：工業(yè)被控過程的建?？刂葡到y(tǒng)的工程整定Process Control System & Instrumentation 工業(yè)被控對象工業(yè)被控對象n典型控制系統(tǒng)框圖（單閉環(huán)）Process Control System & Instrumentation 廣義被控對象廣義被控對象Process Control System & Instrumentation 工業(yè)被控過程的建模工業(yè)被控過程的建模n機(jī)理法（見教材或課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書）n試驗(yàn)法（測試法：時域方法；頻域方法；統(tǒng)計(jì)相關(guān)法） 本設(shè)計(jì)中使用時域法

3、中的階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線法法：對處于開環(huán)、穩(wěn)態(tài)的被控過程，使其輸入量作階躍變化，測得被控過程的階躍響應(yīng)曲線，求出被控過程輸入與輸出之間的動態(tài)數(shù)學(xué)關(guān)系傳遞函數(shù)。Process Control System & Instrumentation 工業(yè)被控過程的建模工業(yè)被控過程的建模n切線法確定一階環(huán)節(jié)參數(shù)Process Control System & Instrumentation MATLAB 軟件簡介軟件簡介n MATLAB是一種高效的工程計(jì)算語言，其典型應(yīng)用主要包括以下幾個方面：數(shù)學(xué)計(jì)算；算法開發(fā)；系統(tǒng)建模和仿真；數(shù)據(jù)分析和可視化；科學(xué)和工程繪圖；Process Cont

4、rol System & Instrumentation MATLAB 軟件簡介軟件簡介nMATLAB這個詞代表“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（matrix laboratory）。它的基本數(shù)據(jù)元素是沒有維數(shù)限制的陣列（矩陣）。Process Control System & Instrumentation MATLAB變量變量n定義變量并給變量賦值命令定義變量并給變量賦值命令n 可直接在命令窗口中輸入：變量名可直接在命令窗口中輸入：變量名=元素值元素值。例如定義變量例如定義變量A為矩陣為矩陣1234567891011 12AProcess Control System & Instr

5、umentation MATLAB變量變量n可直接在命令窗口中輸入A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12。n注意：同一行內(nèi)不同列元素用空格或逗號分隔開，不同行之間用分號分隔。又如可直接在命令窗口中輸入一個行向量A=1,2,3,4,5。Process Control System & Instrumentation MATLAB二維繪圖簡介二維繪圖簡介n使用使用plot命令繪制圖形命令繪制圖形()plot x,yn其中x,y可為向量或矩陣 ,當(dāng)x,y同為n維向量時，使用該命令，將繪制出以向量x的元素為橫坐標(biāo)，y向量對應(yīng)元素為縱坐標(biāo)的圖形。 Process Control

6、 System & Instrumentation 控制器參數(shù)工程整定方法控制器參數(shù)工程整定方法n方法一：經(jīng)驗(yàn)法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識確定一組參數(shù)，然后根據(jù)各參數(shù)的影響，調(diào)整參數(shù)，直至滿意為止。n注意：由于我們經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識不足，所以本次設(shè)計(jì)中不使用此方法。Process Control System & Instrumentation 控制器參數(shù)工程整定方法控制器參數(shù)工程整定方法n方法二：臨界比例度（帶）法：n比例度（帶）(%) ：與比例系數(shù)與比例系數(shù)Kc成成反比關(guān)系。反比關(guān)系。n這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。設(shè)設(shè)TI=，TD=0 ，使控制

7、器工作在純，使控制器工作在純比例情況下，將比例帶由大逐漸變小比例情況下，將比例帶由大逐漸變小(對對應(yīng)的比例系數(shù)應(yīng)的比例系數(shù)Kc由小逐漸變大由小逐漸變大)，使系統(tǒng)，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩。的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩。 Process Control System & Instrumentation 臨界比例度法臨界比例度法Process Control System & Instrumentation 臨界比例度法整定經(jīng)驗(yàn)公式臨界比例度法整定經(jīng)驗(yàn)公式STi(S)Td(S)P2SPI2.2STS/1.2PID1.6S0.5TS0.125TSn最后對參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直到動態(tài)過程滿意為

8、止。Process Control System & Instrumentation 衰減曲線法衰減曲線法n方法二：衰減曲線法：衰減曲線法：在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把控制器設(shè)置為純比例作用，然后把 比例帶由大逐漸減小(對應(yīng)的比例系數(shù)對應(yīng)的比例系數(shù)Kc由小逐漸變大由小逐漸變大) ，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)4:1衰減過程為止。 Process Control System & Instrumentation 衰減曲線法衰減曲線法n這時的比例帶稱為4:1衰減比例帶，用S表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為4:1衰減周期TS，記錄S和TS。Process Control Syste

9、m & Instrumentation 衰減曲線法衰減曲線法n按如下經(jīng)驗(yàn)公式整定 （%） TI(S)TD(S)PSPI1.2S0.5TSPID0.8S0.3TS0.1 TS n最后對參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直到動態(tài)過程滿意為止。Process Control System & Instrumentation 響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n方法三：響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法：如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié) ，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例帶法或阻尼振蕩法（4:1衰減）就有難度。對于這種情況，可采用下述的響應(yīng)曲線法來整定控制器的參數(shù)。 Process Control System & In

10、strumentation 響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n方法三：響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法：0X令控制器的輸出為幅度為x0,的階躍信號，則對象經(jīng)測量變送器后的輸出Y（t）， 0XProcess Control System & Instrumentation 響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n由該圖可確定、T和 Kc。Process Control System & Instrumentation 響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n通過下式將比例系數(shù)轉(zhuǎn)化為比例度： 1100%cK0( )(0)cyyKx Process Control System & Instrumentation 響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法

11、n利用下表所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對應(yīng)于衰減率為4:1時控制器的相關(guān)參數(shù)。 Process Control System & Instrumentation 使用使用MATLAB建立仿真模型建立仿真模型n首先在命令窗口中鍵入“simulink”命令或在MATLAB工具條上用鼠標(biāo)左鍵單擊相應(yīng)的工具按鈕都可以起動simulink模塊庫瀏覽器窗口。Process Control System & Instrumentation simulink模塊庫瀏覽器窗口模塊庫瀏覽器窗口模 塊庫 目錄樹Process Control System & Instrumentation 新建仿真模型新建仿真模型 設(shè)置仿真時間Process Control System & Instrumentation 設(shè)置各模塊參數(shù)設(shè)置各模塊參數(shù) 、保存模型、保存模型 、運(yùn)行仿真、運(yùn)行仿真 n上述仿真模型各個模塊可從Continuous、Math Operations、Sinks、Sources子庫中找到。n設(shè)置各模塊參數(shù) 、保存模型 、運(yùn)行仿真參見設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。Process Control System & Instrumentation 被控對象的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)被控對象的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)n被控對象的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)見任務(wù)書和課程