湖南工程学院《过程控制与系统仿真》实验报告

实验一 基于Matlab/Simulink 的控制系统仿真研究一、实验目的1）学习使用Matlab 命令软件对控制系统进行时域特性仿真研究的基本方法。

2）学习使用Simulink 工具箱对控制系统进行时域特性仿真研究的基本方法。

3）加深对各典型环节的理解。

4）研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和自然频率n ω对系统动态性能的影响。

二、实验原理1. 基于Matlab 的时域特性分析 已知系统的闭环传递函数26543222050()1584223309240100s s G s s s s s s s ++=++++++ 试求系统的单位脉冲、单位阶跃、单位速度、单位加速度响应。

% 输入系统传递函数模型 num=[2 20 50];den=[1 15 84 223 309 240 100];t=0:0.1:20; % 生成时间向量 % 求系统的单位脉冲响应subplot(2, 2, 1); % 设定子图形显示位置 impulse(num, den, t); % 求单位脉冲响应 ylabel('y(t)'); % 显示纵轴名称 title('单位脉冲响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位阶跃响应subplot(2, 2, 2); % 设定子图形显示位置 step(num, den, t); % 求单位阶跃响应 ylabel('y(t)'); % 显示纵轴名称 title('单位阶跃响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位速度响应subplot(2, 2, 3); % 设定子图形显示位置u1=t; % 单位速度输入信号 plot(t, u1); % 绘制单位速度输入信号hold on; % 图形保持，在同图中绘制响应曲线 lsim(num, den, u1, t); % 求单位速度响应 ylabel('x(t), y(t)'); % 显示纵轴名称text(10, 12, 't'); % 显示单位速度函数表达式 title('单位速度响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位加速度响应subplot(2, 2, 4); % 设定子图形显示位置u2=t.*t/2; % 单位加速度输入信号 plot(t, u2); % 绘制单位加速度输入信号hold on; % 图形保持，在同图中绘制响应曲线 lsim(num, den, u2, t); % 求单位加速度响应 ylabel('x(t), y(t)'); % 显示纵轴名称text(11, 100, '1/2*t^2'); % 显示单位加速度函数表达式 title('单位加速度响应'); % 显示图形名称2. 基于Simulink 的时域特性分析按图建立系统的Simulink 模型，对不同的输入信号进行仿真，改变传递函数12325()()s (4)G s G s s s ==+，，观察仿真结果。

过程控制实验报告过程控制实验报告引言：过程控制是一种重要的工程控制方法，广泛应用于工业生产、环境保护、交通运输等各个领域。

本实验旨在通过对过程控制的实际操作，理解和掌握过程控制的基本原理和方法。

一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建一个简单的过程控制系统，了解过程控制的基本概念和原理，并通过实际操作掌握过程控制的方法和技巧。

二、实验装置和原理实验所用的装置是一个温度控制系统，由温度传感器、控制器和执行器组成。

温度传感器负责测量温度，控制器根据测量值与设定值的差异来控制执行器的动作，从而实现温度的控制。

三、实验步骤1. 将温度传感器安装在被控温度区域，并连接到控制器上。

2. 设置控制器的参数，包括设定值、比例系数、积分时间和微分时间等。

3. 打开控制器，开始实验。

观察温度的变化过程，并记录实验数据。

4. 根据实验数据分析控制效果，并对控制器的参数进行调整，以达到更好的控制效果。

5. 重复步骤3和4，直到达到满意的控制效果。

四、实验结果与分析在实验过程中，我们观察到温度的变化过程，并记录了实验数据。

通过对实验数据的分析，我们可以评估控制效果的好坏，并对控制器的参数进行调整。

五、实验总结与体会通过本次实验，我们深入了解了过程控制的基本原理和方法。

实践操作使我们更加熟悉了过程控制的过程和技巧。

同时，我们也体会到了过程控制在工程实践中的重要性和应用价值。

六、实验改进与展望本次实验中，我们采用了简单的温度控制系统进行实验。

未来可以进一步扩展实验内容，涉及到其他参数的控制，如压力、流量等，以更全面地了解过程控制的应用。

结语：过程控制是一门重要的工程学科，对于提高生产效率、保护环境、提升产品质量等方面具有重要意义。

通过本次实验，我们对过程控制的原理和方法有了更深入的理解，为今后的工程实践打下了坚实的基础。

希望通过不断学习和实践，我们能够在工程领域中运用过程控制的知识，为社会发展做出更大的贡献。

过程控制实验报告1. 实验目的本次实验的目的是学习和掌握过程控制的基本原理和操作方法，了解过程控制系统的组成和结构，掌握过程控制系统的基本调试方法和过程控制的自动化程度。

2. 实验原理过程控制是指对一组物理过程进行控制的技术和方法。

过程控制的目的是使被控制的物理过程在一定的条件下，达到预期的目标，如稳定、精度、速度、延迟、可靠性、安全性、经济性等等。

过程控制系统由传感器、执行元件、控制器和执行器构成，其中传感器用于检测被控制物理过程的状态，控制器根据传感器获取的信息进行决策，并通过执行元件控制执行器实现对被控制物理过程的控制。

3. 实验步骤本次实验的过程控制系统由一台工业控制计算机、一台工业控制器和一组执行器构成。

实验的具体步骤如下：(1) 将传感器与控制器连接，并将控制器与计算机连接。

(2) 在计算机上启动控制软件，在软件中设置控制器和传感器的参数。

(3) 将执行器与控制器连接，并调试执行器的控制参数。

(4) 在控制软件中设置控制策略和控制目标，并启动控制器。

(5) 监测被控制物理过程的状态，并记录相关数据。

(6) 对控制策略和控制参数进行调整，直到被控制物理过程达到预期目标。

4. 实验结果经过多次实验，我们成功地控制了被控制的物理过程，并达到了预期目标。

实验结果表明，过程控制技术可以有效地控制物理过程，并提高物理过程的稳定性、精确性和可靠性。

5. 实验总结本次实验使我们深入了解了过程控制的原理和操作方法，掌握了过程控制系统的基本调试方法和过程控制的自动化程度。

通过实验，我们发现过程控制技术在许多工业领域都具有广泛的应用前景，是提高生产效率和质量的重要手段。

在今后的学习和工作中，我们将继续深入学习和研究过程控制技术，为推动工业自动化和智能化发展做出贡献。

南京工程学院实验报课程名称：过程控制系统 ____________ 实验项目名称：单容对象的控制及参数整定双容对象的控制及参数整定串级系统的控制及参数整定实验学生班级：________________________________ 实验学生学号：________________________________ 实验时间：____________________________________ 实验地点：____________________________________实验成绩评定：________________________________ 指导老师签字：________________________________自动化学院实验一单容对象的控制及参数整定、实验目的1、熟悉单容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

2、根据由实际测得的单容对象的阶跃响应曲线，用相关的方法确定对象参数。

3、根据经验整定法确定单容对象控制器参数。

、实验设备PC机、MatLab软件三、实验原理一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如下图所示。

当由实验求得图中所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是单容对象的时间常数T,该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T o同样的，输入输出的比值就可以确定对象增益。

从而确定单容对象的参数。

经验整定法，书本p110。

四、实验内容和步骤1、使用MatLab 进行模拟仿真。

仿真图如下:“乐骗咼寧*斥闵国Reddy11 1 1I15s+1►iode452、系统稳定后（测量值基本不变化），改变操作量值，获取单容对象的响应曲线如下图。

3、根据经验整定方法，确定系统的P, PI, PID控制器。

在实验界面中控制器部分设置相应参数，同样获取系统的阶跃响应曲线。

①P控制器ScopeOS e A□务®►■阿下［瓯mJ―3畀瞪国总射团阖曝五、实验结果分析1、从实验结果分析单容对象控制中P, PI,PID控制器的特点?2、实验的收获和体会实验二双容对象的控制及参数整定一、实验目的1、熟悉双容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一 过程控制系统建模 (1)实验二 PID 控制 (2)实验三 串级控制 (6)实验四 比值控制 (13)实验五 解耦控制系统 (19)附:子系统封装 (26)实验一 过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。

作业题目二： 某二阶系统的模型为2() 224n G s s s n n ϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，nϖ两个参数。

试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ϖ=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ϖ分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

实验二 PID 控制指导内容：PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特征确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。

PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：（1） 理论计算整定法主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

（2） 工程整定方法主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。

这三种方法各有特点，其共同点都是通过实验，然后按照工程实验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

工程整定法的基本特点是：不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定；方法简单，计算简便，易于掌握。

a ． Ziegler-Nichols 整定法Ziegler-Nichols 整定法是一种基于频域设计PID 控制器的方法。

控制系统设计与仿真上机实验报告学院：自动化学院班级：自动化姓名：学号：一、 第一次上机任务1、熟悉matlab 软件的运行环境，包括命令窗体，workspace 等，熟悉绘图命令。

2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激下响应的数值解。

222()2nn nG s s s ωξωω=++ ，0.5,10n ξω== 3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。

222()(2)(1)nn nG s s s Ts ωξωω=+++，0.5,10n ξω==，5T =4、 自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。

程序代码如下：;曲线如下：二、 第二次上机任务1、试用simulink 方法解微分方程，并封装模块，输出为i x 。

得到各状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。

112322331223x x x x x x x xx x x x αββγ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=-+-⎩&&&参数入口为,,αβγ的值以及i x 的初值。

（其中8/3,10,28αβγ===，以及初值分别为1230,0,0.001x x x ===） 提示：1s模块输入是输出量的微分。

Simulink :曲线如下:2、用simulink搭建PI控制器的控制回路，被控对象传递函数：151s+，分别分析（1）、比例系数由小到大以及积分时间由小到大对阶跃响应曲线的影响。

（2）、控制器输出有饱和以及反馈有时滞情况下，阶跃响应曲线的变化。

（3）、主控制回路传递函数为：1201s+，副回路为：151s+，主回路采用PI控制器，副回路采用P控制器，分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的抑制。

注：PI控制器表达式为1()(1)()iU s Kp E sT s=+，串级控制如图所示。

（1）（2）(3)3.编写S函数模块，实现两路正弦信号的叠加，正弦信号相位差为60度。

过程控制实验报告引言过程控制是工程领域中一项重要的技术，其通过监测和控制生产过程中的各种变量，以最大程度地提高生产效率和质量。

本文将介绍一项涉及过程控制的实验，并分析实验结果以及对于工业生产的意义。

实验目的本次实验的目的是通过模拟实际工业生产过程，在实验室环境中对过程控制进行验证和学习。

该实验旨在通过控制设备和监测仪器，了解过程控制在工业生产中的应用，并且掌握相关的理论知识和实际操作经验。

实验设备和材料本次实验使用的设备包括温度传感器、压力传感器、流量计、控制阀和数据采集系统等。

实验所需材料有水、气体和一种特定化学品。

实验步骤1. 实验前准备：清洁实验设备，确保其正常工作状态。

检查传感器和控制阀的准确性和灵敏度。

2. 确定实验参数：选择要监测和控制的变量，比如温度、压力和流量。

根据设计要求设置合理的上限和下限。

3. 运行实验：通过控制阀控制流量和压力，同时记录设备的实际参数。

4. 数据采集：使用数据采集系统实时记录和保存实验过程中的各种参数数据。

5. 数据分析：将实验中收集到的数据进行整理和分析，比较设定值和实际值之间的偏差，并进行统计学处理。

实验结果和讨论根据实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 过程控制对于维持稳定的生产工艺非常重要。

通过对温度、压力和流量的控制，我们可以确保产品的质量和一致性。

2. 传感器的精确度对过程控制的结果有直接影响。

不准确的传感器可能导致控制误差，从而影响产品的质量。

3. 过程控制需要根据实际情况进行调整和优化。

在实验中，我们可以通过改变控制阀的开度和调整设定值来实现更好的控制效果。

4. 数据采集和分析的重要性不可忽视。

通过收集和分析实验数据，我们可以及时发现问题并采取措施进行调整，从而提高系统的稳定性和可靠性。

总结通过本次实验，我们对过程控制的原理和应用有了更深入的了解。

过程控制在工业生产中起着关键作用，它可以提高生产效率、降低生产成本、改善产品质量，并且减少对环境的影响。

哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业：自动化12—1学号：123０１30101姓名:一。

分析系统性能一．实验目得及内容:1、熟悉MATＬAB软件得操作过程；2、熟悉闭环系统稳定性得判断方法；3、熟悉闭环系统阶跃响应性能指标得求取.二．实验用设备仪器及材料:ＰC，Matlab 软件平台三、实验步骤１、编写ＭAＴLＡＢ程序代码；2、在ＭAＴＬAT中输入程序代码,运行程序；3、分析结果.四.实验结果分析：1、程序截图得到阶跃响应曲线得到响应指标截图如下2、求取零极点程序截图得到零极点分布图3、分析系统稳定性根据稳定得充分必要条件判别线性系统得稳定性最简单得方法就是求出系统所有极点，并观察就是否含有实部大于０得极点,如果有系统不稳定。

有零极点分布图可知系统稳定。

二.单容过程得阶跃响应一、实验目得１、熟悉ＭAＴLAB软件得操作过程２、了解自衡单容过程得阶跃响应过程3、得出自衡单容过程得单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程得模型分别为与，试在Sｉmulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

三、实验步骤1、在Sｉmｕliｎｋ中建立模型,得出实验原理图。

2、运行模型后,双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线。

四、实验结果１.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为2．过程阶跃响应曲线为三.单容过程得阶跃响应一、实验目得1、了解比例积分调节得作用；2、了解积分调节强弱对系统性能得影响。

二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中，Ｈ（s）为单位反馈，且在第二个与第三个环节（即与)之间有累加得扰动输入（在５秒时幅值为0、２得阶跃扰动）.对系统采用比例积分控制,比例系数为，积分时间常数分别取,试利用Ｓｉmｕlinｋ求各参数下系统得单位阶跃响应曲线与扰动响应曲线。

三、实验步骤１、在Simulｉnｋ中建立仿真模型，其模型为２、运行模型后，双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线为3、置阶跃输入为0，在5秒时，加入幅值为0、2得阶跃扰动,得到扰动响应曲线为四。

控制系统仿真实验报告目录7.2.2 (1)7.2.3 (7)7.2.4 (12)7.2.5 (17)7.2.6 (21)7.3.1 (24)总结 (25)7.2.2控制系统的阶跃响应实验目的：观察学习控制系统的单位阶跃响应记录单位阶跃响应曲线掌握时间响应分析的一般方法实验内容：1.二阶系统G(s)=10s2 + 2s +101）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线First.mclose all;clear all;clc;num=[10];den=[1 2 10];step(num,den);title(‘阶跃响应曲线’);2）键入damp(den) 计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录结果：Eigenvalue（闭环根）Damping（阻尼比）Freq. (rad/s)（无阻尼振荡频率）-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000-1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+0003）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：实际值理论值峰值C max 1.35 1.3511峰值时间t p 1.05 1.0467 过渡时间Ts± 5% 2.52 2.501± 2% 3.54 3.535由理论知识知⎧4.5⎪⎪ζωnts=⎨3.5∆= 2%(0 <ζ< 0.9)t =π/ ω=π/ 3⎪∆= 5% p d⎪⎩ζωn编写代码x.m%返回峰值时间，超调量，调节时间5%，2%function [tr b ts1 ts2]=x(a,wn)wd=wn*(1-a^2)^0.5;%求解wdtp=3.14/wd;%峰值时间b=exp((-3.14*a/(1-a^2)^0.5));%超调量ts1=3.5/(wn*a),ts2=4.5/(wn*a);%调节时间计算得到理论值，填入表中2 1)修改参数，分别实现ζ 程序：second.m clear all; close all; clc;= 1和ζ = 2 的响应曲线，并记录 n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，kesai=0.36 hold on;%保持原曲线n1=n0;d1=[1 6.32 10];step(n1,d1);%kesai=1; n2=n0;d2=[1 12.64 10];step(n2,d2);%kesai=2;如图，kesai 分别为 0.36,1,2，曲线幅度递减2）修改参数，分别写出程序实现w =1w 和w n 2 = 2w 0 的响应曲线，并记录程序：third.m clear all; close all; clc;n 12n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原系统，wn0=10^0.5 hold on;%保持原曲线n1=0.25*n0;d1=[1 1 n1];step(n1,d1);%wn1=0.5*wn0; n2=4*n0;d2=[1 4 n2];step(n2,d2);%wn2=4*wn0=2;如图，wn=2*wn0,wn0,0.5*wn0，上升时间逐渐增长，超调量不变3. 作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果（1） G 1(s ) =2s + 10 s 2 + 2s + 10，有系统零点的情况（2） G 2 (s ) = s 2+ 0.5s + 10 2，分子、分母多项式阶数相等 s + 2s + 10（3） G 2 (s ) = s 2 + 0.5s s 2+ 2s + 10，分子多项式零次项为零（4） G 2 (s ) =ss 2+ 2s +10，原响应的微分，微分系数为 1/10程序：%各系统阶跃响应曲线比较G0=tf([10],[1 2 10]);G1=tf([2 10],[1 2 10]);G2=tf([1 0.5 10],[1 2 10]); G3=tf([1 0.5 0],[1 2 10]);G4=tf([1 0 ],[1 2 10]); step(G0,G1,G2,G3,G4); grid on;title(' Step Response 曲线比较');4.试做一个三阶系统和四阶系统的阶跃响应，并分析实验结果假设一个三阶和一个四阶系统，如下sys1=1s3 +s2 +s +1sys2 =1s4 +s3 +s2 +s +1sys1=tf([1],[1 1 1 1]);sys2=tf([1],[1 1 1 1 1]);step(sys1,sys2);如图，分别为sys1,sys2 系统阶跃响应曲线分析1：系统阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃相应的影响解：在欠阻尼响应曲线中，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短，通常取kesai 在0.4 到0.8 之间，此时超调量适度，调节时间较短；若二阶系统的阻尼比不变，振荡频率不同，其阶跃响应的振荡特性相同但响应速度不同，wn 越大，响应速度越快。

控制系统仿真实验报告一、实验目的本次控制系统仿真实验的主要目的是通过使用仿真软件对控制系统进行建模、分析和设计，深入理解控制系统的工作原理和性能特点，掌握控制系统的分析和设计方法，提高解决实际控制问题的能力。

二、实验设备与软件1、计算机一台2、 MATLAB 仿真软件三、实验原理控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的一个闭环系统。

其工作原理是通过传感器测量控制对象的输出，将其与期望的输出进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号产生控制信号，驱动控制对象，使系统的输出逐渐接近期望的输出。

在仿真实验中，我们使用数学模型来描述控制对象和控制器的动态特性。

常见的数学模型包括传递函数、状态空间方程等。

通过对这些数学模型进行数值求解，可以得到系统的输出响应，从而对系统的性能进行分析和评估。

四、实验内容1、一阶系统的仿真建立一阶系统的数学模型，如一阶惯性环节。

使用 MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，分析系统的响应时间和稳态误差。

2、二阶系统的仿真建立二阶系统的数学模型，如典型的二阶振荡环节。

改变系统的阻尼比和自然频率，观察系统的阶跃响应曲线，分析系统的稳定性、超调量和调节时间。

3、控制器的设计与仿真设计比例控制器（P 控制器）、比例积分控制器（PI 控制器）和比例积分微分控制器（PID 控制器）。

对给定的控制系统，分别使用不同的控制器进行仿真，比较系统的性能指标，如稳态误差、响应速度等。

4、复杂控制系统的仿真建立包含多个环节的复杂控制系统模型，如串级控制系统、前馈控制系统等。

分析系统在不同输入信号下的响应，评估系统的控制效果。

五、实验步骤1、打开 MATLAB 软件，新建脚本文件。

2、根据实验内容，定义系统的数学模型和参数。

3、使用 MATLAB 中的函数，如 step(）函数绘制系统的阶跃响应曲线。

4、对响应曲线进行分析，计算系统的性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。

5、设计控制器，修改系统模型，重新进行仿真，比较系统性能的改善情况。