过程控制系统实验报告最新版

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 (10)实验三串级控制 (27)实验四比值控制 (35)实验五解耦控制系统 (40)实验一 过程控制系统建模作业题目一：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。

答：常见的工业过程动态特性的类型有：无自平衡能力的单容对象特性、有自平衡能力的单容对象特性、有相互影响的多容对象的动态特性、无相互影响的多容对象的动态特性等。

通常的模型有一阶惯性模型，二阶模型等。

（1） 无自平衡能力的单容对象特性： 两个无自衡单容过程的模型分别为s s G 5.01)(=和se ss G 55.01)(-=，在Simulink 中建立模型如下单位阶跃响应曲线如下：（2） 有自平衡能力的单容对象特性： 两个自衡单容过程的模型分别为122)(+=s s G 和s e s s G 5122)(-+=，在Simulink 中建立模型如下：单位阶跃响应曲线如下：（3） 有相互影响的多容对象的动态特性： 有相互影响的多容过程的模型为121)(22++=Ts s T s G ξ，当参数1=T ,2.1 ,1 ,3.0 ,0=ξ时，在Simulink 中建立模型如下：单位阶跃响应曲线如下：（4） 无相互影响的多容对象的动态特性： 两个无相互影响的多容过程的模型为)1)(12(1)(++=s s s G （多容有自衡能力的对象）和)12(1)(+=s s s G （多容无自衡能力的对象），在Simulink 中建立模型如下单位阶跃响应曲线如下作业题目二：某二阶系统的模型为2() G s ϖ=，二阶系统的性能主要取决于ζ，ϖ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。

过程控制系统课程设计报告报告实验报告成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：目录前言一．过程控制概述 (2)二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3)三．系统组成与工作原理 (5)（一）外部组成 (5)（二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5)（三）其它模块和功能 (8)四．调试过程 (9)（一）P调节 (9)（二）PI调节 (10)（三）PID调节 (11)五．心得体会 (13)前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。

首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。

通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。

其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。

为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。

应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。

第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。

以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

本次工程实践就是针对单容水箱液位进行恒高度控制通过调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。

通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。

先进过程控制系统实验报告过程控制系统实验 (2)实验二传感器、执行器实验 (2)实验三系统动态特性的测试 (3)实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定 (4)仿真实验 (5)实验二过程参数PID控制仿真 (5)实验三复杂过程对象PID控制仿真 (8)实验四非线性控制时滞系统迭代学习控制算法仿真 (10)实验五利用输入-输出的模型参考自适应控制系统的设计与仿真 (13)过程控制系统实验实验二传感器、执行器实验3、流量传感器的测试思考题1、用传感器测量过程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么方法进行修正？答：实验显示，使用传感器测量过程变量准确度较高，迟滞短，能较好的跟踪变量的变化。

误差修正：对于变化缓慢的变量可以在很短的时间能多次测量取平均值；可以对传感器输出信号进行滤波去噪，及数据平滑等预处理减小误差。

实验三系统动态特性的测试h (mm) 120 160 200 240Q（l/min） 1.599 2.338 3.507 7.014 OR54.13 36.07 11.412R33.872其中水箱的截面积mm=。

190⨯A175mmW(S=)思考题1、分析可能造成模型不准确的原因。

答：实验过程中，将出水阀旋转至固定位置，随着水位变化的不同实际出水速度与液位高低变化不是线性关系，水位差越大，水流速度差别也越大，而设计的模型是按照线性关系进行设计的。

此外，该液位传感器测量的是某一点液体表面至容器底部的距离，而由于液体表面波动较剧烈，测量的结果有较大抖动，无法很好地测量液位高度，引入较大误差。

实验四 液位单回路控制系统的设计及参数整定2、根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期 =S T 0.5 s 。

3思考题1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？为了提高控制效果，你在控制算法上还采取了哪些措施？答：液位测量过程中，液位传感器测量水表面高度，由于水面波动较大，测量结果有较大抖动；为了降低因水面波动造成的测量偏差，减去超调量，将检测的液位高度统一加上10mm 作为测量值进行控制，当液位快达到指定高度时便减小进水阀门，减小超调量，减小稳定时间。

目录1. 单容水箱设备组成及其工艺 (1)1.1. 单容水箱设备的组成 (1)1.2. 单容水箱设备的工作原理 (1)2. 单容水箱控制系统的硬件设计 (2)2.1. 电气原理图的设计 (2)3. 单容水箱控制系统的软件设计 (3)3.1. 通信组态 (3)3.2. 变量组态 (4)3.3. 画面组态 (5)4. 调试 (7)4.1. 单容水箱控制系统调试 (7)4.2. 液位、流量串级控制系统调试 (8)5. 技术小结 (9)参考文献 (10)附录.................................................................................................. 错误！未定义书签。

1.单容水箱设备组成及其工艺1.1. 单容水箱设备的组成单水水箱设备的基本组成有：控制器，调节器，被控对象，测量变送。

基本器件有储水箱，下水箱，水泵，电磁流量计，阀门，管道等,电磁调节阀。

1.2. 单容水箱设备的工作原理（a）机构图（b）方框图本实验系统结构图和方框图如上图所示。

被控量为上小水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT1检测到的上小水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PID控制。

采用计算机PID算法控制。

首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。

2.单容水箱控制系统的硬件设计2.1. 电气原理图的设计1.根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。