蓋文東自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書學(xué)生

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書綜合實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生一個(gè)十分重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)實(shí)踐過程，是進(jìn)行工程師基本訓(xùn)練的重要手段。本實(shí)驗(yàn)依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備及仿真軟件，完成設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等過程。要求實(shí)驗(yàn)者以嚴(yán)肅認(rèn)真、刻苦鉆研的態(tài)度對(duì)待這次實(shí)驗(yàn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的基本功得到訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一、實(shí)驗(yàn)題目、任務(wù)和要求1. 題目：交通信號(hào)燈的PLC模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通指揮信號(hào)燈的模擬系統(tǒng)，令十字路口的紅綠燈交替點(diǎn)亮和熄滅，并用LED燈顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。十字路口的紅綠燈結(jié)構(gòu)圖如下所示。（1）總體方案設(shè)計(jì)

2、：繪制系統(tǒng)控制原理圖，根據(jù)控制要求確定設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈控制主電路，分析電路的工作原理，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)估算，內(nèi)存估算 ，電壓的選擇等工作。（2）程序設(shè)計(jì)：根據(jù)控制要求完成系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，畫出梯形圖，在PLC試驗(yàn)臺(tái)交通燈實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)完成。（3）監(jiān)控設(shè)計(jì)：要求根據(jù)已完成的控制要求設(shè)計(jì)監(jiān)控界面。完成圖形與動(dòng)畫、報(bào)警監(jiān)視等。（4）總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)各種資料，編寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.目的與要求（1）綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，形成較為全面而扎實(shí)的“系統(tǒng)”的概念；（2）掌握設(shè)計(jì)、調(diào)試最基本的方法；（3）增強(qiáng)編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試動(dòng)手的能力；（4）培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力；（5）通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，加強(qiáng)

3、老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間知識(shí)的相互交流，互相滲透，培養(yǎng)學(xué)術(shù)研討的好學(xué)風(fēng)；（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要書寫規(guī)范，語言流暢；通過抓圖方法，把實(shí)驗(yàn)過程中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來，打印輸出，并附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。（7）要求同學(xué)們以滿腔的熱情、科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、高度的責(zé)任感進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)；不得敷衍了事、馬馬虎虎、得過且過；提倡周密思考、大膽創(chuàng)新，反對(duì)死搬硬套、墨守陳規(guī)；提倡共同研究，反對(duì)相互抄襲；（8）要求遵守作息時(shí)間，遵守學(xué)校的各項(xiàng)規(guī)章制度，確保綜合實(shí)驗(yàn)順利地、高質(zhì)量地完成。二、綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟1綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容： (1) 信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西

4、綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅；(2) 南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮，應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并立即報(bào)警；(3) 南北紅燈亮維持60s，同時(shí)東西綠燈維持亮54s；到54s時(shí)東西綠燈閃亮3s后熄滅，接著東西黃燈亮3s；到3s后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮；(4) 周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)。(5) 亦可自行設(shè)計(jì)紅綠燈的亮滅策略。2綜合實(shí)驗(yàn)的步驟：(1) 總體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)控制要求確定設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈動(dòng)作模擬主電路方案，分析電路的工作原理，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)估算，內(nèi)存估算，電壓的選擇等工作。(2) 控制單元的選擇控制單元的選擇主要是考慮采用西門子PLC-200及羅克韋

5、爾實(shí)驗(yàn)室的SLC500 PLC來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。(3) 確定系統(tǒng)的原理方框圖當(dāng)上述各部分內(nèi)容確定后即可畫出整個(gè)系統(tǒng)的原理方框圖；(4) 面板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)是面向?qū)嶒?yàn)室，所以應(yīng)設(shè)計(jì)符合實(shí)驗(yàn)要求的面板，且面板內(nèi)容豐富、清晰，既能反映系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，又能非常方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。 (5) 根據(jù)已完成的控制要求設(shè)計(jì)監(jiān)控界面(LabView及RSView32)，完成圖形與動(dòng)畫、報(bào)警監(jiān)視等。三、編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告和相關(guān)圖紙兩個(gè)部分。1.總結(jié)整理設(shè)計(jì)過程中的各種資料；2.編制綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告：原始數(shù)據(jù)、原理框圖、單元原理圖、參數(shù)和波形等。要求：（1）圖紙規(guī)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)題欄

6、規(guī)格統(tǒng)一；（2）圖面布局合理，線條均勻、字跡規(guī)范，整潔清晰。四、時(shí)間安排 自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排共三周，具體安排如下：（1）任務(wù)布置，查閱相關(guān)資料，18周周一到周三；（2）設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)試，18周周四到19周周五；（3）報(bào)告撰寫與考核，20周周一到周五。五、考核本次設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的成績(jī)將依據(jù)平時(shí)表現(xiàn)（實(shí)驗(yàn)情況，設(shè)計(jì)態(tài)度，出勤情況）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況、答辯情況幾方面綜合評(píng)定。總成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)表現(xiàn)占25、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占50、答辯占25。六、主要參考書（資料）1 徐文尚等. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).第1版.北京大學(xué)出版社. 20072 徐文尚等. 電氣控制技術(shù)及PLC. 第1版.機(jī)械工業(yè)出版社. 20113 SLC50

7、0模塊化硬件結(jié)構(gòu) Rockwell Automation4 SLC500 & micrologix1000指令集 Rockwell Automation5 RSView32 getting results guide Rockwell Automation6 西門子有限公司自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)集團(tuán). 深入淺出：西門子S7-200PLC. 北京航空航天大學(xué)出版社. 2007自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書綜合實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生一個(gè)十分重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)實(shí)踐過程，是進(jìn)行工程師基本訓(xùn)練的重要手段。本實(shí)驗(yàn)依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備及仿真軟件，完成設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等過程。要求實(shí)驗(yàn)者以嚴(yán)肅認(rèn)真、刻苦鉆研的態(tài)度

8、對(duì)待這次實(shí)驗(yàn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的基本功得到訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一、實(shí)驗(yàn)題目、任務(wù)和要求1. 題目：基于Matlab的精餾塔溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2. 任務(wù)：許多控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)，仍能將輸出保持在期望或給定的位置上。典型的化學(xué)反應(yīng)裝置精餾塔控制系統(tǒng)原理圖如下圖所示。根據(jù)所學(xué)的自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及過程控制技術(shù)等知識(shí)，設(shè)計(jì)精餾塔溫度控制系統(tǒng)，并用Matlab進(jìn)行仿真。（1）總體方案設(shè)計(jì)：繪制系統(tǒng)控制原理圖，根據(jù)控制要求確定設(shè)計(jì)方案。（2）程序設(shè)計(jì)：根據(jù)控制要求采用Matlab的文本或Simulink完成系統(tǒng)

9、程序設(shè)計(jì)。（3）總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)各種資料，編寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.目的與要求（1）綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，形成較為全面而扎實(shí)的“系統(tǒng)”的概念；（2）掌握設(shè)計(jì)、調(diào)試最基本的方法；（3）增強(qiáng)編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試動(dòng)手的能力；（4）培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力；（5）通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，加強(qiáng)老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間知識(shí)的相互交流，互相滲透，培養(yǎng)學(xué)術(shù)研討的好學(xué)風(fēng)；（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要書寫規(guī)范，語言流暢；通過抓圖方法，把實(shí)驗(yàn)過程中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來，打印輸出，并附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。（7）要求同學(xué)們以滿腔的熱情、科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、高度的責(zé)任感進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)；不得敷衍了事、馬馬虎虎、得過且過；提

10、倡周密思考、大膽創(chuàng)新，反對(duì)死搬硬套、墨守陳規(guī)；提倡共同研究，反對(duì)相互抄襲；（8）要求遵守作息時(shí)間，遵守學(xué)校的各項(xiàng)規(guī)章制度，確保綜合實(shí)驗(yàn)順利地、高質(zhì)量地完成。二、綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟1綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容： 根據(jù)精餾塔的溫度控制系統(tǒng)原理圖繪制控制系統(tǒng)方框圖。如果擾動(dòng)用表示，化學(xué)過程用和表示，控制器用表示，控制閥用表示。設(shè)定反饋傳感器是。假設(shè)，都具有形式：，其中，控制閥常數(shù)為，。我們希望穩(wěn)態(tài)誤差維持在期望參考位置的5%以內(nèi)。（1）利用Matlab繪制未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)的性能。（2）當(dāng)時(shí)，利用根軌跡法或頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)的性能。（3）在控制器如（2）形式下，求滿足穩(wěn)態(tài)誤差要求的增益值，確定此

11、時(shí)對(duì)參考輸入信號(hào)的預(yù)期超調(diào)。（4）如果控制器具有PI形式，即，利用根軌跡法或頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)的性能。（5）在控制器如（4）形式下，確定適當(dāng)?shù)脑鲆嬷?，以給出超調(diào)量大于5%小于30%的系統(tǒng)。用阻尼系數(shù)對(duì)相角裕度的近似關(guān)系回答（3）和（5）的問題。（6）針對(duì)（2）和（4）中的控制器，估計(jì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的調(diào)整時(shí)間(2%準(zhǔn)則)。（7）假設(shè)系統(tǒng)受到了階躍擾動(dòng)，為簡(jiǎn)單起見，設(shè)定系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)期的參考信號(hào)為，確定在（5）中對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)。（8）應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（9）為了提高精餾效率和保證產(chǎn)品的純度，通常采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器與再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器形成串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)靈敏板溫度進(jìn)行控制，繪

12、制此時(shí)的控制系統(tǒng)方框圖。2綜合實(shí)驗(yàn)的步驟： （1）繪制系統(tǒng)的方框圖，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（2）利用Matlab繪制不同控制器下的根軌跡或Bode圖。（3）利用Simulink搭建控制系統(tǒng)的方框圖，針對(duì)不同控制作用下的控制系統(tǒng)，研究系統(tǒng)的性能。三、編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告和相關(guān)圖紙兩個(gè)部分。1.總結(jié)整理設(shè)計(jì)過程中的各種資料；2.編制綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告：原始數(shù)據(jù)、原理框圖、單元原理圖、參數(shù)和波形等。要求：（1）圖紙規(guī)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)題欄規(guī)格統(tǒng)一；（2）圖面布局合理，線條均勻、字跡規(guī)范，整潔清晰。四、時(shí)間安排 自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排共三周，具體安排如下：（1）任務(wù)布置，查閱相關(guān)

13、資料，18周周一到周三；（2）設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)試，18周周四到19周周五；（3）報(bào)告撰寫與考核，20周周一到周五。五、考核本次設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的成績(jī)將依據(jù)平時(shí)表現(xiàn)（實(shí)驗(yàn)情況，設(shè)計(jì)態(tài)度，出勤情況）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況、答辯情況幾方面綜合評(píng)定?？偝煽?jī)?yōu)槠綍r(shí)表現(xiàn)占25、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占50、答辯占25。六、主要參考書（資料）1 胡壽松等. 自動(dòng)控制原理. 第五版.科學(xué)出版社.2011 2 徐文尚等. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).第1版.北京大學(xué)出版社. 20073 邵裕森等. 過程控制工程. 機(jī)械工業(yè)出版社. 20004 黃忠霖等. 自動(dòng)控制原理的Matlab實(shí)現(xiàn). 國防工業(yè)出版社. 2007自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書綜合實(shí)驗(yàn)是工科

14、大學(xué)生一個(gè)十分重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)實(shí)踐過程，是進(jìn)行工程師基本訓(xùn)練的重要手段。本實(shí)驗(yàn)依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備及仿真軟件，完成設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等過程。要求實(shí)驗(yàn)者以嚴(yán)肅認(rèn)真、刻苦鉆研的態(tài)度對(duì)待這次實(shí)驗(yàn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的基本功得到訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一、實(shí)驗(yàn)題目、任務(wù)和要求1. 題目：雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 任務(wù)：雙容水箱的結(jié)構(gòu)圖如下所示。根據(jù)所學(xué)的自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及過程控制技術(shù)等知識(shí)，設(shè)計(jì)雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)，并用Matlab進(jìn)行仿真。（1）總體方案設(shè)計(jì)：繪制系統(tǒng)控制原理圖，根據(jù)控制要求確定

15、設(shè)計(jì)方案。（2）程序設(shè)計(jì)：根據(jù)控制要求采用Matlab的文本或Simulink完成系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。（3）總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)各種資料，編寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.目的與要求（1）綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，形成較為全面而扎實(shí)的“系統(tǒng)”的概念；（2）掌握設(shè)計(jì)、調(diào)試最基本的方法；（3）增強(qiáng)編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試動(dòng)手的能力；（4）培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力；（5）通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，加強(qiáng)老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間知識(shí)的相互交流，互相滲透，培養(yǎng)學(xué)術(shù)研討的好學(xué)風(fēng)；（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要書寫規(guī)范，語言流暢；通過抓圖方法，把實(shí)驗(yàn)過程中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來，打印輸出，并附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。（7）要求同學(xué)們以滿腔的熱情、

16、科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、高度的責(zé)任感進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)；不得敷衍了事、馬馬虎虎、得過且過；提倡周密思考、大膽創(chuàng)新，反對(duì)死搬硬套、墨守陳規(guī)；提倡共同研究，反對(duì)相互抄襲；（8）要求遵守作息時(shí)間，遵守學(xué)校的各項(xiàng)規(guī)章制度，確保綜合實(shí)驗(yàn)順利地、高質(zhì)量地完成。二、綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟1綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容： （1）建立雙容水槽的數(shù)學(xué)模型(傳遞函數(shù))。（2）利用Matlab繪制未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)的性能。（3）當(dāng)時(shí)，利用時(shí)域法、根軌跡法或頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)的性能。（4）當(dāng)時(shí)，利用時(shí)域法、根軌跡法或頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)的性能。（5）當(dāng)時(shí)，利用時(shí)域法、根軌跡法或頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)的性能。 （6）比較（3）、（4）

17、、（5）不同控制器時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2綜合實(shí)驗(yàn)的步驟：（1）繪制系統(tǒng)的方框圖，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（2）利用Matlab繪制不同控制器下的時(shí)域響應(yīng)、根軌跡或Bode圖。（3）利用Simulink搭建控制系統(tǒng)的方框圖，針對(duì)不同控制作用下的控制系統(tǒng)，研究系統(tǒng)的性能。三、編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告和相關(guān)圖紙兩個(gè)部分。1.總結(jié)整理設(shè)計(jì)過程中的各種資料；2.編制綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告：原始數(shù)據(jù)、原理框圖、單元原理圖、參數(shù)和波形等。要求：（1）圖紙規(guī)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)題欄規(guī)格統(tǒng)一；（2）圖面布局合理，線條均勻、字跡規(guī)范，整潔清晰。四、時(shí)間安排 自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排共三周，具體安排如下：（

18、1）任務(wù)布置，查閱相關(guān)資料，18周周一到周三；（2）設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)試，18周周四到19周周五；（3）報(bào)告撰寫與考核，20周周一到周五。五、考核本次設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的成績(jī)將依據(jù)平時(shí)表現(xiàn)（實(shí)驗(yàn)情況，設(shè)計(jì)態(tài)度，出勤情況）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況、答辯情況幾方面綜合評(píng)定。總成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)表現(xiàn)占25、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占50、答辯占25。六、主要參考書（資料）1 胡壽松等. 自動(dòng)控制原理. 第五版.科學(xué)出版社.2011 2 徐文尚等. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).第1版.北京大學(xué)出版社. 20073 邵裕森等. 過程控制工程. 機(jī)械工業(yè)出版社. 20004 黃忠霖等. 自動(dòng)控制原理的Matlab實(shí)現(xiàn). 國防工業(yè)出版社. 2007自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)

19、驗(yàn)指導(dǎo)書綜合實(shí)驗(yàn)是工科大學(xué)生一個(gè)十分重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)實(shí)踐過程，是進(jìn)行工程師基本訓(xùn)練的重要手段。本實(shí)驗(yàn)依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備及仿真軟件，完成設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等過程。要求實(shí)驗(yàn)者以嚴(yán)肅認(rèn)真、刻苦鉆研的態(tài)度對(duì)待這次實(shí)驗(yàn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)這個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的基本功得到訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一、實(shí)驗(yàn)題目、任務(wù)和要求1. 題目：基于Matlab/Simulink的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真2. 任務(wù)：加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖可參考過程控制工程P179，圖4-2。根據(jù)所學(xué)的自動(dòng)控制原理、過程控制技術(shù)、Matlab仿真等知識(shí)，設(shè)計(jì)加熱爐溫度串級(jí)控

20、制系統(tǒng)。（1）總體方案設(shè)計(jì)：繪制系統(tǒng)控制原理圖，根據(jù)控制要求確定設(shè)計(jì)方案。（2）程序設(shè)計(jì)：根據(jù)控制要求采用Matlab的文本或Simulink完成系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。（3）總結(jié)設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)各種資料，編寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.目的與要求（1）綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，形成較為全面而扎實(shí)的“系統(tǒng)”的概念；（2）掌握設(shè)計(jì)、調(diào)試最基本的方法；（3）增強(qiáng)編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)試動(dòng)手的能力；（4）培養(yǎng)分析問題、解決問題和獨(dú)立工作的能力；（5）通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，加強(qiáng)老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間知識(shí)的相互交流，互相滲透，培養(yǎng)學(xué)術(shù)研討的好學(xué)風(fēng)；（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要書寫規(guī)范，語言流暢；通過抓圖方法，把實(shí)驗(yàn)過程中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄下來，打印輸出，并附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。（7）要求同學(xué)們以滿腔的熱情、科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、高度的責(zé)任感進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)；不得敷衍了事、馬馬虎虎、得過且過；提倡周密思考、大膽創(chuàng)新，反對(duì)死搬硬套、墨守陳規(guī)；提倡共同研究，反對(duì)相互抄襲；（8）要求遵守作息時(shí)間，遵守學(xué)校的各項(xiàng)規(guī)章制度，確保綜合實(shí)驗(yàn)順利地、高質(zhì)量地完成。二、綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟1綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容： （1）鍋爐溫度為主變量，鍋爐夾套溫度為副變量，假定主、副被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，（2）利用單回路控制實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度控制，即設(shè)計(jì)一個(gè)PID控制器來控制鍋爐溫度。（3）利用串級(jí)控制實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度控制，其中主回路控制器為PID控制，