长安大学过程控制工程课程设计.docx

课程设计报告课程名称 过程控制工程 课 题 某温度控制系统的MATLAB仿真 学院(部) 电子与控制工程学院专 业 建筑电气与智能化班 级 2013320602 学生姓名 学 号 201332060205 6 月 13 日至 6 月 19 日共 1 周指导教师(签字) 王俭 目录一、引言1二、设计任务及要求12.1系统概况：12.2系统参数：12.3要求：2三、设计分析23.1任务分析23.2仿真软件介绍2四、验证性仿真34.1调节器为比例控制34.1.1 δ=10%时的过度过程34.1.2 δ=20%时的过度过程44.1.3 δ=50%时的过度过程44.1.4 δ=100%时的过度过程54.1.5 δ=200%时的过度过程54.1.6 比例控制分析54.2调节器为比例积分控制（PI控制）64.2.1 TI=1min时的过渡过程64.2.2 TI=3min时的过渡过程64.2.3 TI=5min时的过渡过程74.2.4 TI=10min时的过渡过程74.2.5 比例积分控制分析84.3控制器为比例积分微分控制（PID）8五、调节器参数整定9六、设计总结13参考文献：13一、引言在过程控制工程的学习过程中，我们逐渐掌握了系统建模的方法，加深了对各种控制系统的理解，比如反馈控制系统、前馈控制系统、串级控制系统、比值控制系统等。但是，如果要过程控制工程有更深层次和更加全面的了解，仅仅靠课堂的学习是不够的，因此，课程设计就显得非常必要了。借助于课程设计，我们可以更加系统的理解过程控制工程系统的工作过程和工作原理。本次课程设计是对一个温度控制系统进行MATLAB仿真，并分别对其调节器的比例（P）控制，比例积分（PI）控制和比例积分微分（PID）控制进行仿真，分析Kp，TI，TD参数变化会对调节器的控制作用带来何种影响，会使它的单位阶跃响应曲线发生何种变化，最后对调节器的比例积分（PI）控制和比例积分微分（PID）控制进行参数整定，使其有较好的系统静态和动态性能。二、设计任务及要求2.1系统概况：设某温度控制系统方块图如图：图中Gc(s)、Gv(s)、Go(s)、Gm(s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；电动温度变送器测量范围（量程）为50～100OC，调节器输出信号为4～20mA。Gf(s)为干扰通道的传递函数。2.2系统参数：2.3要求：1、验证性仿真：（1）分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标：① 控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程；② 控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为TI＝1min、3min、5min、10min时，z(t)的过渡过程；③ 控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间TI＝5min，微分时间TD = 0.2min时，z(t)的过渡过程。 （2）对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。2、调节器参数整定 分别针对PI、PID控制规律，采用稳定边界法，基于MATLAB仿真整定调节器参数。3、撰写设计报告。三、设计分析3.1任务分析本温度控制系统属于单回路定值控制系统，结构简单，易于调整和投运，能在外界干扰的情况下仍使温度稳定在给定值上。根据任务书的给出的系统及系统参数，可以计算出各传递函数为：； ； ； 本次设计主要对调节器的控制规律（P、PI或PID）进行仿真，即确定传递函数Gc(s)，分析比例系数Kp、时间常数TI和微分时间TD对调节器控制规律的影响。然后对调节器进行参数整定，使其具有较好的控制或性能。3.2仿真软件介绍对于本次温度控制系统的仿真，采用的是MATLAB软件中的Simulink工具。Simulink是MATLAB下的面向结构图方式的仿真环境， 是实现动态系统建模和仿真的集成环境，其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，从而可以在实际系统制作出来之前，预先对系统进行仿真和分析，并可以对系统做适当的实时修改或按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能，减少设计系统过程中反复修改的时间，实现高效率的开发系统的目标。四、验证性仿真调节器的传递函数为，当TI=∞，即且TD=0时，调节器控制规律为比例（P）控制；仅当TD=0时，调节器控制规律为比例积分（PI）控制；三个参数Kp、、TD均不为0时，调节器即为比例积分微分（PID）控制4.1调节器为比例控制建立的仿真图如下：为调节器传递函数的仿真结构图，只需要调节Kp、、Td的值即可改变调节器的控制规律及控制参数，使其控制性能发生变化。比例系数Kp的计算方法如下：4.1.1 δ=10%时的过度过程此