过程控制大作业2014

自动化仪表与过程控制课程大作业

1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a ）、（b ）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。

2、（15分）如图所示为一液体储槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽内液

体严格禁止滥出，试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。 （1）选择流入量Qi 为操纵变量； （2）选择流出量Q0为操纵变量。 （3）以上2种情况分别出其系统框图。

3、（20分）（用MATLAB 仿真实现）实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如下：

矩形脉冲幅值△μ=20%阀门开度变化，脉冲宽度△t=20s ：

（1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线；

（2）根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如K 、T 和τ等），并根据这些参数整定PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。

4、（25分）已知副被控对象的传递函数为模型为1

1

)(+=

s s G ，主被控对象传函为1

121

)(01+=

s s G ，执行器传递函数为1)(=s G v ，主检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ，

副检测变送器的传递函数为1)(2=s G m 。干扰源为0.4的单位阶跃信号。 （1）画出串级控制系统的框图及同等条件下的单回路系统框图； （2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统；

（3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单回路及串级控制系统的单位阶跃响应曲线；

5、（25分）已知被控对象的传递函数为

1121

)(+=

s s G ，干扰通道的传递函数为

521

)(2++=

s s s D ，执行器传递函数为1)(=s G v ，检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ，

干扰信号为0.4的单位阶跃信号。

（1）确定前馈控制器的传递函数Gff （s ），画出反馈-前馈控制系统的框图； （2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统； （3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线 （4）加入干扰后，观察两系统的阶跃响应曲线的变化。

要求：

1、第1和第2题可以采用手写，其它3题要进行仿真设计，手写和打印均用A4纸；

2、严禁抄袭，发现雷同，一律不及格；

3、时间安排：12月10日下午4点前，以班级为单位收齐后交到东6B301，未位交的一律不准参加答辩。12月11日-12日在东6B301答辩，具体时间到时再通知，不参加答辩的按缺考处理。

计算机控制技术复习大作业及答案

2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

过程控制作业答案最新版本

第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =

故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：

大工16春《可编程控制器》大作业题目及要求-答案

网络教育学院 《可编程控制器》大作业 题目：三相异步电动机正反转控制 学习中心： 层次：高起专 专业：电力系统自动化技术 年级： 2015年春季 学号： 学生姓名： 题目一：三相异步电动机正反转控制 设计要求：（1）首先对可编程序控制器（PLC）的产生与发展、主要性能指标、 分类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍； （2）选用西门子S7－200 系列PLC，设计出能对三相异步电动机进 行正反转控制的主电路和继电器控制电路图； （3）对输入输出继电器及其它编程元件的地址进行分配，画出I/O 口接线图，列出PLC控制程序（梯形图进行截图，语句表可直接拷 贝）并对程序作出解释； （4）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。 三相异步电动机正反转控制 1 可编程序控制器PLC的概况 1.1 PLC的定义 早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采用开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代后，采用了16位和少数32位微处理器构成PLC，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。采用微处理器之后，这种控制器的功能

不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller ），简称为PC 。但是为了与个人计算机PC （Personal Computer ）相区别，长将可编程控制器仍成为PLC 。 随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会（IEC ）曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月又颁布了第三稿。1987年颁布的可编程控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。 1.2 PLC 的工作原理 PLC 实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式PLC 包括CPU 板，I/O 板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC 包括CPU 模块，I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。 按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作过程如上图1所示。 PLC 输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器0、1电平，识别开关的通断。 信号状态，并入映像寄存器区域；CPU 根信号，并将其处理的结果送现代的PLC 已经具备了处理模拟量的功能，但是 PLC 输出模块具有一定的负载驱动

过程控制大作业2014

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a ）、（b ）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。 2、（15分）如图所示为一液体储槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽内液 体严格禁止滥出，试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。 （1）选择流入量Qi 为操纵变量； （2）选择流出量Q0为操纵变量。 （3）以上2种情况分别出其系统框图。 3、（20分）（用MATLAB 仿真实现）实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如下： 矩形脉冲幅值△μ=20%阀门开度变化，脉冲宽度△t=20s ： （1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线； （2）根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如K 、T 和τ等），并根据这些参数整定PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。 4、（25分）已知副被控对象的传递函数为模型为1 1 )(+= s s G ，主被控对象传函为1 121 )(01+= s s G ，执行器传递函数为1)(=s G v ，主检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ，

副检测变送器的传递函数为1)(2=s G m 。干扰源为0.4的单位阶跃信号。 （1）画出串级控制系统的框图及同等条件下的单回路系统框图； （2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统； （3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单回路及串级控制系统的单位阶跃响应曲线； 5、（25分）已知被控对象的传递函数为 1121 )(+= s s G ，干扰通道的传递函数为 521 )(2++= s s s D ，执行器传递函数为1)(=s G v ，检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ， 干扰信号为0.4的单位阶跃信号。 （1）确定前馈控制器的传递函数Gff （s ），画出反馈-前馈控制系统的框图； （2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统； （3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线 （4）加入干扰后，观察两系统的阶跃响应曲线的变化。 要求： 1、第1和第2题可以采用手写，其它3题要进行仿真设计，手写和打印均用A4纸； 2、严禁抄袭，发现雷同，一律不及格； 3、时间安排：12月10日下午4点前，以班级为单位收齐后交到东6B301，未位交的一律不准参加答辩。12月11日-12日在东6B301答辩，具体时间到时再通知，不参加答辩的按缺考处理。

过程控制作业

如何设计单回路控制系统？ 单回路反馈控制系统是应用最为广泛的一种控制系统，它由四个基本环节组成，即被控对象或被控过程、测量变送装置、控制器和控制阀。为了使系统达到预期的控制质量指标要求，就需要很好的了解具体的生产工艺机理，掌握生产过程的规律，以便确定合理的控制方案。为了设计好单回路控制系统，需要对以下几个方面问题进行分析，这包括： ①如何正确选择被控变量和控制变量。 ②如何正确选择控制阀的开、闭形式及其流量特性。 ③如何正确选择控制器的控制规律及正反作用。 ④如何正确选择测量变送装置。 ⑤系统关联性分析。 ①正确选择被控变量与控制变量。 1.被控变量的选择 被控变量的选择是控制系统设计的核心问题。它选择得正确与否，将会直接关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。如果被控变量选择不当，不论采用何种控制仪表，组成什么样的控制系统，都不能达到预期的控制效果，满足不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必须深入生产实际，进行调查研究，只有在熟悉生产工艺的基础上才能正确地选择出被控变

量。一般的过程都有较明确的要求。如对温度、压力、流量、液位控制系统，其相应的过程参数就是被控变量。通过分析，可以总结出如下几条选择被控变量的原则： (1)质量指标是产品质量的直接反映。在情况许可时，应选择质量指标参数作为被控变量。 (2)当不能选择质量指标参数作被控变量时，可选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量。 (3)所选的间接指标参数必须具有足够大的变化灵敏度，以便反映产品质量的变化。 (4)在被控变量选择时还需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。 2.控制变量的选择 控制变量也称为操纵变量，是调节阀的输出，同时也是直接影响被控对象的输入信号 通过对干扰通道和控制通道的K、T、τ对控制质量的影响分析，可以总结出以下几个原则作为控制变量选择的依据。 (1)所选的控制变量必须是可控的； (2)所选的控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数； (3)所选的控制变量应使扰动通道时间常数愈大愈好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小； (4)所选的控制变量其通道纯滞后时间应愈小愈好；

计算机控制技术复习大作业与答案

《计算机控制技术》复习大作业及参考答案 ========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

过程控制工程课后作业 答案

第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽

被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图

现代控制理论大作业倒立摆

摘要 倒立摆系统是一个复杂的、高度非线性的、不稳定的高阶系统，是学习和研究现代控制理论最合适的实验装置。倒立摆的控制是控制理论应用的一个典型范例，一个稳定的倒立摆系统对于证实状态空间理论的实用性是非常有用的。 本文主要研究的是二级倒立摆的极点配置方法，首先用Lagrange方程建立了二级倒立摆的数学模型，然后对二级倒立摆系统的稳定性进行了分析和研究，并给出了系统能控能观性的判别。基于现代控制理论中的极点配置理论，根据超调量和调整时间来配置极点，求出反馈矩阵并利用Simulink对其进行仿真，得到二级倒立摆的变化曲线，实现了对闭环系统的稳定控制。 关键词：二级倒立摆；极点配置；Simulink 目录 1.绪论.............................................................. 2 数学模型的建立和分析.............................................. 2.1 数学建模的方法.................................................. 2.2 二级倒立摆的结构和工作原理...................................... 2.3 拉格朗日运动方程................................................ 2.4推导建立数学模型................................................. 3 二级倒立摆系统性能分析............................................ 3.1 稳定性分析.................................................... 3.2 能控性能观性分析.............................................. 4 状态反馈极点配置.................................................. 4.1 二级倒立摆的最优极点配置1..................................... 4.2 二级倒立摆最优极点配置2......................................... 5. 二级倒立摆matlab仿真............................................ 5.1 Simulink搭建开环系统............................................ 5.2 开环系统Simulink仿真结果....................................... 5.3 Simulink搭建极点配置后的闭环系统................................ 5.4极点配置Simulink仿真结果........................................ 5.4.1 第一组极点配置仿真结果........................................ 5.4.2 第二组极点配置仿真结果........................................ 6.结论.............................................................. 7.参考文献.......................................................... 附录一..............................................................

过程控制期末大作业

已知飞轮升降系统模型对象： G(s) = e?30s (10s+1)2= e?30s 100s2+20s+1 要求：根据下列方法进行PID整定，写出整定后的PID参数，并画阶跃响应曲线表示M p、t s、t p。 1.根据响应曲线法整定参数； 2.使用衰减曲线法整定参数； 3.使用临界比例度法整定参数； 4.使用smith预估器法整定参数。 将四种方法图像放在一张图中比较，并用表格比较动态特性参数。 解： 1.根据响应曲线法整定参数： τ=30s，T=10s，K=1 则PID调节器的整定参数值为： K c K= 1.35(τ T )?1+ 0.27 = 1.35×(30 10 )?1+ 0.27 = 0.72 T i T = [2.5（τ T ）+ 0.5(τ T )2]/[1 + 0.6（τ T ）] = [2.5×(30 10 )+0.5(30 10 )2]/[1+0.6(30 10 )] = 4.286 T d T = 0.37（τ T ）/[1 + 0.2（τ T ）] = 0.37×(30 10 ) /[1+0.2(30 10 )] = 0.6938 进而可以求得理论的PID参数为：K p=K c= 0.7200 K i= K p T i = 0.72 42.86 = 0.01680 K d= K p T d= 0.72×6.938 = 4.995 将理论PID参数带入MATLAB仿真框图：

显示结果： 可以看出，曲线超调量虽然很小，但过渡过程时间依然很长，则仍需继续调节PID参数。 当K p= 0.68；K i= 0.019；K d=7时 显示结果： 此时M p＜10%，t s较之前大大缩短，曲线效果好 2.使用衰减曲线法整定参数： 把调节器置成纯比例控制系统，用MATLAB进行试验，不断调节比例带，直

模糊控制大作业讲解

基于模糊控制的PID 温度控制器的设计 1、引言 常规PID 控制由于具有原理结构简单、鲁棒性好，可靠性高，容易实现的特点，成为迄今为止应用最广泛的控制算法，并且取得了良好的效果。然而在温度控制系统中，由于被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点，且受环境温度等外界诸多因素影响较大，导致难以建立精确的数学模型，难以确定最佳的控制器参数。此时，传统的PID 控制对进一步提高控制对象的质量和精度遇到了极大的困难，难以获得良好的效果。为了克服常规PID 调节器的不足，提高其性能，人们进行了进一步的研究。 模糊控制是智能控制理论的一个分支，近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。与传统的PID 控制方式相比，它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。但是经过深入研究，也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。 因此，本文提出一种将模糊控制和PID 控制相结合起来，通过模糊控制实现PID 参数自适应的方法来控制系统温度。这种Fuzzy- PID 策略，模糊控制的采用不是代替PID 控制，而是对传统控制方式的改进和扩展，它既保持了常规PID 控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点，又采用模糊推理的方法实现了PID 参数P K 、I K 、D K 的在线自整定，兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点，相比单纯的任一种控制效果都要好[6-10]。 2、模糊控制基本理论 模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域 里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强

过程控制大作业2013

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a）、（b）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。

15分）如图所示为一液体储槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽内2、（液体严格禁止滥出，试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。为操纵变量；（1）选择流入量Qi ）选择流出量Q0为操纵变量。2（种情况分别出其系统框图。2（3）以上 为操纵变量时，为满足贮槽内液1）当选择流入量Qi解 （ 体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。1 （2）当选择流入量Qo为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。 3、（20分）（用MATLAB仿真实现）实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如

（1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线； ?等），并T和）根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如K、（2根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。 程序：按一阶环节计算 t=[0 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 400320 260 280 300 340 360 380 ]; h=[0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 7.4 9.3 11.0 12.6 13.6 14.4 15.1 15.8 16.4 17.0 17.4 17.6 17.8 17.95 18.1]; plot(t,h); 2 grid on; hold on; y1=0.39*18.1; y2=0.63*18.1; plot([0,400],[y1,y1]); plot([0,400],[y2,y2]); [x1,y2]=ginput(1); [x2,y2]=ginput(1) 输出结果为

matlab大作业(控制系统仿真)

河南工业大学 控制系统仿真 姓名：宋伯伦 班级：自动化1501 学号：201523020128 成绩： 2017年6月16 日

设 计 题 目 基于MATLAB的皮带配料控制系统的仿真 设计内容和要求 阐述皮带配料控制系统的工作原理、物料流量特点，建立系统模型，通过Matlab进行控制系统仿真，达到适应系统工作过程各参数变化的目的。

报告主要章节 第一章概述与引言 随着科学技术的不断发展，电子皮带秤配料系统已在煤炭、化工、烟草、冶金、建材等行业中广泛应用。目前大多数皮带秤配料系统仍然是采用传统的PID控制算法，灵敏度较高，可以说在理论上调节是能做到无误差的，或者说在误差较小的范围内的确很有优势，但是出现较大误差时，其动态特性并不是很理想，超调量一般较大。所以，本课题设计了一套更为合理高效的电子皮带秤配料系统，本设计主要针对皮带秤配料系统中配料这一环节，采用模糊PID和传统PID控制相结合的方法。 本课题主要内容包括皮带秤的原理与组成，系统的总体设计，模糊控制算法结合本系统的分析以及采用MATILAB进行模糊PID控制仿真。 第二章各部分设计方案及工作原理 皮带秤配料系统中配料皮带秤作为在线测量的动态称量衡器，有着重要的作用，目前已广泛用于冶金、煤炭、烟草、化工、建材等行业中，是集输送、称量、配料于一体的设备。皮带秤仪表除了显示瞬时流量和累积流量外，还能根据由接线盒传过来的数据与给定值的偏差来控制给料机的给料，从而保证瞬时流量的恒定。这样就构成了一个闭环控制系统。 2.1皮带秤配料系统组成及工作原理 2.1.1皮带秤配料系统组成 配料皮带秤系统结构如图2.1所示，由三大部分组成，分别是料斗、给料设备和皮带秤。

过程控制 第一到三章 作业

第一章作业 1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标 各有何特点？ 答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。 1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？ 答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。 1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？ 答：微分方程或传递函数。 1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？ 答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。 1.11 某水槽水位阶跃响应实验为： 其中阶跃扰动量Δμ=20%。 (1)画出水位的阶跃响应曲线；

(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。解：MATLAB编程如下： %作出标幺后的响应曲线 t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ]; h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ]; x=0:0.01:400; y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值 yy=y/y(end); %输出标幺 plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('h/mm'); title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid; %找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end);

模糊控制大作业_南航_智能控制

模糊控制器大作业 一、题目要求 考虑如下某水下航行器的水下直航运动非线性模型： ()||a m m v k v v u y v ++== 其中v R ∈为水下航行器的前进速度， u R ∈为水下航行器的推进器推力，y R ∈为水下航行器的输出，航行器本体质量、附加质量以及非线性运动阻尼系数分别为 100,15,10a m m k ===。 作业具体要求： 1、分别采用fuzzy 工具箱设计模糊控制器使得系统稳定或跟踪期望指令信号。 2、分析量化因子和比例因子对模糊控制器控制性能的影响。 3、比较分析系统在模糊控制和PID 控制作用下的抗干扰能力(加噪声干扰)和抗非线性能力(加死区和饱和特性)。 二、构建模糊控制Simulink 仿真模型 1.模糊控制器的设计 （1）观测量：输入量、输出量（控制量） 由题目要求分析可知，在这个水下航行器的水下直航运动非线性模型中，输入量是水下航行器的推进器推力u R ∈，输出是水下航行器的前进速度v R ∈。 （2）根据系统实际情况，选择误差e ，误差变化ec 和控制量u 的论域 e range : [-6 6] ec range: [-6 6] u range: [-6 6] （3）e ，de 和u 语言变量的选取 e 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB ec 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB u 7个：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB

（4）模糊控制规则确定 表1 模糊规则表 图1 模糊控制规则的添加 在模糊控制器的设置中，分别对控制器中的E、EC、U进行设置，按照（2）中的选择确定论域范围，均为[-6 6]，选择的隶属函数为高斯函数分布。

智能控制大作业-模糊控制

智能控制与应用实验报告 模糊控制器设计

对象模型建立 实验内容 考虑一个单连杆机器人控制系统，其可以描述为: 岬 0.5mgl sin(q) y q 2 其中M 0.5k gm 为杆的转动惯量，m 1kg 为杆的质量，l 1m 为杆长, g 9.8m/s 2，q 为杆的角位置，q 为杆的角速度, 为杆的角加速度，为系统 的控制输入。 实验具体要求: 1. 2. 分别采用fuzzy 工具箱设计模糊控制器跟踪期望的角位置信号。 分析量化因子和比例因子对模糊控制器控制性能的影响。 3. 分析系统在模糊控制和PID 控制作用下的抗干扰能力（加噪声干扰）和抗 非线性能力（加死区和饱和特性） 4. 为系统设计模糊PID 控制器。 根据公式（1），令状态量Xi =q ，x 2 X1 得到系统状态方程为: X i X 2 X 2 0.5* mgl*sin( xj X i 由此建立单连杆机器人的模型如图 1所示。 0.5*mgl

图1单连杆机器人模型

三、模糊控制算法实现及仿真 本次实验设计一个二维模糊控制器，令误差 E q* q，误差变化 EC E，模糊控制器输出语言变量为U。 1）三个变量E、EC和U的模糊词集为： { NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB 模糊论域为： E 和EC {-6,-5,-4,-3,-2,-1,0, 1,2, 3, 4, 5, 6} U:{-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7} 2）模糊控制规则为： 表表 3）确定E,EC和U的控制表 4）建立模糊控制表 5）建立SIMULINK模型 在Matlab/Simulink 中建立单连杆机器人模糊控制系统模型如图2所示:

过程控制作业题答案

《过程控制系统》思考题 一． 1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。 串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。 2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 多了一个副回路，形成双闭环。特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 3．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？ ①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响； ②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高

了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力； ③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制； ④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。 4．串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则？ ①将主要干扰包括在副回路； ②副回路尽量包含多的干扰； ③为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长； ④为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中； ⑤需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。 5．串级控制系统通常可用在哪些场合？ * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 6．前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。 前馈：基于扰动来消除扰动对被控量 的影响； 动作“及时” ；

二维模糊控制器设计分析报告

模糊控制大作业 1.基于Matlab平台设计Fuzzy控制器，其结构如下: 1.1被控对象： G(S)= . 1.2建立模糊推理系统如下： 图1.模糊推理机

图2. 输入的隶属函数 图3. 输出的隶属函数

图4.规则观测器的GUI 1.3Simulink仿真

图6 仿真连线图 图7 仿真结果 2.分析模糊规则数量对控制效果的影响； 模糊控制器的规则基于专家知识或熟练操作人员长期积累的经验，它是按人的知觉推理的一种语言表示形式。规则由前件和结论组成，均由语言变量表示，规则条数与语言变量取值的多少有关，取值越多，规则条数越多，但不意味着规则知识库的准确程度越高，规则库的“准确性”还与专家的知识准确度有关，而规则库的“准确性”影响控制效果的好坏，故模糊规则的数量过少会导致控制的不准确，但数量多并不意味着控制效果越好，规则过于复杂时， 基于模糊合成推理的控制算法的计算机实现越困难。

3.分析量化因子、比例因子对控制效果的影响； 量化因子的提出是为了进行模糊化处理，必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集合论域，输入变量乘以量化因子从而的到需要的变量。 比例因子Ke对控制效果的影响：对系统的动态性能影响很大。Ke较大时系统上升较快，超调量也较大，过渡时间长。 Kc的影响：KC越大，d e（t）/dt范围压缩，控制作用增强。因此K c选择较大时系统超调量减小，系统相应速度变慢。对超调的遏制作用很明显。 Ku的影响：Ku不同，在模糊输出相同的情况下，加到被控对象上的实际控制量不同。Ku 选择得小，会使系统动态响应过程变长；而Ku过大，则控制器的控制作用就越强，系统响应就快，易超调，Ku选择过大会导致系统振荡。 4.对比PID控制器与模糊控制器在抗干扰的能力 经计算机仿真试验表明:模糊控制系统在抑制超调、加速响应、消除稳态误差、减少震荡周期等方面都得到了提高,使系统的稳定性、抗干扰性、鲁棒性能均优于常规 PID控制,能很好地满足系统控制性能的要求.而且, 这种控制器具有结构简单、待整定参数少、控制规则简便、易实现、调试方便、适应性强等特点,在换热器出口温度控制中是一种很好的控制方法. 常规的PID 控制器对这种大惯性、时间滞后、非线性的系统的适应性差、控制精度低,不仅影响产品质量而且往往造成能源浪费,难以保证理想的控制效果

过程控制大作业

水塔温度过程控制系统 学号：B11040924 姓名：刘华

1. 系统设计方案概述 本次设计采用串级控制系统对水塔温度进行控制。 过程控制系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成，通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。 串级控制系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。此系统改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，能迅速克服进入副回路的二次扰动，提高了系统的工作频率，对负荷变化的适应性较强。 串级控制系统工程应用场合如下： （1）应用于容量滞后较大的过程。 （2）应用于纯时延较大的过程。 （3）应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程。 （4）应用于参数互相关联的过程。 （5）应用于非线性过程。 采用单片机作为主控制器，水塔温度为主被控对象，上水的流量为副被控对象，电磁阀为执行器，利用AD590传感器检测水塔温度，利用流量传感器检测上水流量。水塔温度串级控制系统框图如图1.1所示，系统原理图如图1.2所示。 图1.1水塔温度串级控制系统框图 图1.2 水塔温度串级控制系统原理图 2. 水塔温度串级控制系统仿真 水塔温度串级控制系统仿真，积分环节 Initial=0，两个检测变送环节参数设定时

间常数T=0.01s，扰动通道传函为时间常数T=2s。输入信号和扰动信号皆为单位阶跃信号。扰动作用时间F1为step time=50s， 仿真波形如图1.2所示。 图1.2 串级控制系统仿真波形 3.系统对象特性设计 水塔温度串级控制系统选择水塔温度为主被控对象，副被控对象为上水流量。当水塔温度变化的时候，通过控制上水流量改变水塔温度，并最终使其恒定。 主被控对象：水塔温度 =（2—1）副被控对象：上水流量 =（2—2）主控、副控回路检测环节传感器选择 主控对象检测元件选择为温度传感器AD590。 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： 1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： mA/K 式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T—热力学温度，单位为K。 2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。 3、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 4、输出电阻为710MW。 5、精度高。 副控回路检测元件选择电磁式流量传感器。 导电性的液体在流动时切割磁力线，也会产生感生电动势。因此可应用电磁感应定律来测定流速，电磁流量传感器就是根据这一原理制成的。虽然电磁流量传感器的使用条件是要求流体是导电的，但它还是有许多优点。 由于电极的距离正好为导管的内径，因此没有妨碍流体流动的障碍，压力损失极小。能够得到与容积流量成正比的输出信号。测量结果不受流体粘度的影响。由于电动势是在包含电极的导管的断面处作为平均流速测得的，因此受流速分布影响较小。测量范围

模糊控制器介绍

模糊控制器介绍 例、已知()() 0.525 123s G e s s s -= +++，分别设计PID 控制与模糊控制，使系统达 到较好性能，并比较两种方法的结果。 具体要求： 1、分别采用fuzzy 工具箱和编程实现模糊控制器。 2、分析量化因子和比例因子对模糊控制器控制性能的影响。 3、分析系统在模糊控制和PID 控制作用下的抗干扰能力(加噪声干扰)、抗非线性能力(加死区和饱和特性)以及抗时滞的能力(对时滞大小加以改变)。 4、讨论系统在模糊控制和PID 控制作用下的时间参数和结构变化下的抗干扰能力。 模糊控制部分大作业旨在利用模糊控制器和PID 控制器实现对已知系统的控制，分别得到较好的控制效果。然后改变系统的参数、结构或者加入非线性环节，以验证模糊控制器的鲁棒性能。以下是作业过程： 1、PID 控制 考虑到系统中存在纯延迟环节，使得系统的稳定性大大降低。如果系统的反馈信号没有延迟，系统的响应特性将会得到很好的改善。因此，对于存在纯滞后环节的系统，特别是大延迟过程，一般采用Smith 预估控制，即将纯滞后补偿模型与PID 控制器并接。本题中，延迟环节的时间常数不是很大，仅为0.2，因此基本上不会影响系统的稳定，采用常规PID 控制也基本可以达到很好的控制效果。常规PID 控制框图如图1-1（相应文件：PID.mdl ）

图1-1 常规PID 控制框图 PID 参数选取：38.0=p K ，285.0=i K ，1.0=d K 常规PID 控制的单位阶跃响应曲线： 图1-2 常规PID 控制响应曲线 2．模糊控制 模糊控制规则（相应文件：zdh.fis ） 各变量论域 输入变量：E ：[-6 6]；EC ：[-6 6]； 输出变量：U ：[0 7] 语言变量 E ： NB 、NM 、NS 、NZ 、PZ 、PS 、PM 、PB （8个） EC ：NB 、NM 、NS 、ZE 、PS 、PM 、PB （7个） U ： NB 、NM 、NS 、ZE 、PS 、PM 、PB （7个）