过程控制系统分析

自动控制原理 典型系统分析

222010322072023 付珣利自动化01班位置随动系统： 控制系统原理图 （作业一） 1.1系统方块图 1.2控制方案 若电网电压受到波动，ui↑则δu↑u↑n↑uo↑ 所以δu↓u↓n↓从而使n达到稳定。 （作业二） 2.1由原理可知：

Θe （s ）=Θi （s ）—Θ0（s ） US （s ）=K0Θe （s ） Us （s ）=Raia(s)+LaSia+Eb （s ） M(s)=C m ia(s) JS 2θ0(S)+fs θ (S)= M(s)-Mc (s) Eb(s)=Kb θ0(S) 2.2系统传递函数 ) ()(0s s i θθ= () ) )((1))((1)(1))((3 2103 210f JS R S L S K C f JS R S L S C K K K K f JS R S L S K C f JS R S L S C K K K K a a b m a a m a a b m a a m +++ ++++++ ++= m b m a a m C K K K K K C f JS R S L S C K K K K 32103210))((++++ 2.3动态结构图 设定参数：f=20N,J=20K ·m 2,a R =20 Ω,La=1H,Ko=40,k1k2k3=100,Cm=1,Kb=0 （因为暂取Kb=0，测速反馈通道相当于没加进）

图.动态结构图 则开环传递函数为：G(s)= ) 105.0)(1(10 ++s s s 闭环传递函数：Ψ（s ）=10 )105.0)(1(10 +++s s s 2.4信号流图 （作业三）系统性能 3.1系统响应及动态性能指标 单位阶跃响应曲线： 由阶跃响应曲线可得知：系统是稳定的，但震荡次数较多。由闭环主导极点

离散控制系统分析方法

实验二 离散控制系统分析方法 一、实验目的 利用MATLAB 对各种离散控制系统进行时域分析。 二、实验指导 1．控制系统的稳定性分析 由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s 平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z 平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s 平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z 平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab 提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab 判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。 2．控制系统的时域分析 时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。 Matlab 提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。 例1．z z z H 5.05 .1)(2+= 试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。 解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下： num=[1.5]; den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1) [y,t,x]=step(sysd);

subplot(1,2,1) plot(t,y); xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位阶跃响应') grid; u=0:0.1:1; subplot(1,2,2) [y1,x]=dlsim(num,den,u); plot(u,y1) xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位速度响应') grid 二、实验内容 1、MATLAB在离散系统的分析应用 对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s，被 控对象的传递函数为 2 () s(0.11)(0.05s1) G s s = ++ ，数字控制器 0.36 () 0.98 z D z z - = + ，试 求该系统的闭环脉冲传递函数和单位阶跃响应。 图1 计算机控制系统结构图 实验步骤： 1）.求解开环脉冲传递函数，运用下面的matlab语句实现：>> T=0.1; >> sys=tf([2],[0.005 0.15 1 0]); %将传函分母展开>> sys1=c2d(sys,T,'zoh'); >> sys2=tf([1 -0.36],[1 0.98],0.1); >> sys3=series(sys2,sys1) 执行语句后，屏幕上显示系统的开环脉冲传递函数为： sys3 = 0.03362 z^3 + 0.05605 z^2 - 0.01699 z - 0.002717 --------------------------------------------------

分数阶温度控制系统性能评估课题研究背景及意义

分数阶温度控制系统性能评估课题研究背景及意义 随着科技与技术地不断进步，工业控制系统中的工业过程控制方式逐步地从人工控制，半人工控制，发展到全自动化控制，控制技术的发展极大地促进了生产力的进步，正是由于这些先进的自动控制技术的加持，才有了我们现在所享受的如此丰富多彩的物质生活。现如今，市场竞争压力越来越大，工业界生产商们都在努力提升自己企业的自动化水平，随之而来的就是，控制系统的规模度越来越庞大，控制系统的复杂程度越来越高，控制系统中控制回路、控制器数量越来越多，这些数量庞大的控制回路在最初投产阶段能保持高性能运行状态，但是随着时间的推移，可能会发生改变，这些改变对工业生产势必有影响。所以，评估和监测这些改变是非常有必要的。 其次，在实际的工业控制系统中，高性能的控制器是先进性能控制系统所必需的条件之一，但是据研究表明，在复杂的工业现场环境下，大约50%~60%的工业控制回路中存在着控制器参数设计不合理、控制器结构不合适，过程干扰特性在长时间运行中发生变化，控制系统设备故障（如传感器、执行器失灵等）等现象。即使控制器在最初投产调试时能正常运行，但由于长时间的运行，控制器特性发生变化，但却不进行参数重新调整，其性能也必将出现下降。对于这些控制回路故障，通常这些问题可以通过适当的参数调整来解决，例如控制器参数设计、控制器结构调整以及调整控制系统的运转点等。如果一般的办法解决不了，那就得通过控制工程师对系统软件、硬件参数设计进行重设来解决。总体而言，由于各种原因导致的控制回路性能无法实现预期值，将导致最终产出的产品质量下滑，系统运行成本的增加，控制系统中设备的使用寿命降低，甚至，由于设备问题引发的各种无法预估的严重生产安全问题。所以，非常有必要对回路控制器的性能进行相关的评估研究。 就现在研究现状而言，对于控制器性能评估的研究相对较少，对运行中的控制器性能评估的研究更少。因此，设计合理的控制性能评估技术是过程控制领域研究的一个重要的方向。性能评估就是，针对一般的工业过程控制回路中的运行着的闭环输入输出数据，运用各种性能评价指标和性能评价工具对闭环输入输出数据进行处理、分析，从而判定控制回路的性能（主要指控制器性能）如何，包括性能评估、监测、诊断及其做出改进措施等。针对庞大而复杂且数量巨大的回路控制器，所产生的回路闭环数据也是巨量的，单靠数量有限的工程师及人工经验去分析这些数据是杯水车薪。所以，研发一些强大而高效的自动化控制性能评估技术的需求是迫在眉睫的，运用控制性能评估技术去实时在线评估、监测控制回路控制器，保障回路控制器的高性能运行，保障工业过程控制回路的安全高效运转具有重要的实际意义。

自动控制系统案例分析

北京联合大学 实验报告 课程（项目）名称：过程控制 学院：自动化学院专业：自动化 班级：0910030201 学号：2009100302119 姓名：张松成绩：

2012年11月14日 实验一交通灯控制 一、实验目的 熟练使用基本指令，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，掌握交通灯控制的多种编程方法，掌握顺序控制设计技巧。 二、实验说明 信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，按以下规律显示：按先南北红灯亮，东西绿灯亮的顺序。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持25秒，南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮……如此循环，周而复始。如图1、图2所示。 图 1

图 2 三、实验步骤 1．输入输出接线 输入SD 输出R Y G 输出R Y G I0.4 东西Q0.1 Q0.3 Q0.2 南北Q0.0 Q0.5 Q0.4 2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。 四、参考程序 方法1：顺序功能图法 设计思路：采用中间继电器的方法设计程序。这个设计是典型的起保停电路。

方法2：移位寄存器指令实现顺序控制 移位寄存器位（SHRB）指令将DATA数值移入移位寄存器。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的长度和移位方向（移位加=N，移位减=-N）。SHRB指令移出的每个位被放置在溢出内存位（SM1.1）中。该指令由最低位（S_BIT）和由长度（N）指定的位数定义。

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

matlab入门学习-06控制系统的分析方法

CH4、控制系统的分析方法 早期的控制系统分析过程复杂而耗时，如想得到一个系统的冲激响应曲线，首先需要编写一个求解微分方程的子程序，然后将已经获得的系统模型输入计算机，通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据，然后再编写一个绘图程序，将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。 MATLAB控制系统工具箱和SIMULINK辅助环境的出现，给控制系统分析带来了福音。 控制系统的分析包括系统的稳定性分析、时域分析、频域分析及根轨迹分析。

第一节控制系统的稳定性分析 一、系统稳定及最小相位系统判据 ?对于连续时间系统，如果闭环极点全部在S平面左半平面，则系统是稳定的。 ?对于离散时间系统，如果系统全部极点都位于Z平面的单位圆内，则系统是稳定的。 ?若连续时间系统的全部零极点都位于S左半平面；或若离散时间系统的全部零极点都位于Z平面单位圆内，则系统是最小相位系统。

二、系统稳定及最小相位系统的判别方法 1、间接判别（工程方法） 劳斯判据：劳斯表中第一列各值严格为正，则系统稳定，如果劳斯表第一列中出现小于零的数值，系统不稳定。胡尔维茨判据：当且仅当由系统分母多项式构成的胡尔维茨矩阵为正定矩阵时，系统稳定。 2、直接判别 MATLAB提供了直接求取系统所有零极点的函数，因此 可以直接根据零极点的分布情况对系统的稳定性及是否 为最小相位系统进行判断。

例exp4_1.m 已知某系统的模型如右所示： []u x y u x x 7165210016127 5874036221 21+-=????????????-+????????????---= 要求判断系统的稳定性及系统是否为最小相位系统。 例exp4_2.m 系统模型如下所示，判断系统的稳定性，以及系统 是否为最小相位系统。 11221171494528110142841163)(234562 3+++++++++=s s s s s s s s s s G

通用技术必修二教案：《控制系统的工作过程与方式》

通用技术必修二教案：《控制系统的工作过程与方式》通用技术必修二教案：《控制系统的工作过程与方式》 控制系统的工作过程与方式 教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）章节：第四单元控制与设计第二节控制系统的工作过程与方式 课时：第1课时 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.了解开环控制和闭环控制的特点； 3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程

闭环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略：

本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。 2. 学法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是引导学生会学用系统框图来抽象概括控制系统、帮助分析和理解控制系统的组成及其工作过程的方法 五、教学用具：多媒体设备、相关图片资料等 六、教学过程 指出下列事例是否是控制系统，如果是控制系统，请指出系统的输入、输出分别是什么？ （1）电饭煲

自动控制原理作业答案解析1-7(考试重点)

红色为重点（2016年考题） 第一章 1-2 仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机反转带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。

1-5图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。 解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压Uc的平方成正比，Uc增高，炉温就上升，Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故U1=Ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见下图。 注意:方框图中被控对象和被控量放在最右边,检测的是被控量,非被控对象. 第二章 2-2 设机械系统如图2—57所示，其中x i为输入位移，x o为输出位移。试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。

控制系统的工作过程及方式

控制系统的工作过程与方式 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.了解开环控制和闭环控制的特点； 3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 4.学会用框图来归纳控制系统实例的基本特征，逐步形成理解和分析简单开环和闭环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理，理解其基本的组成和工作过程。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要解决的重点是：开环控制系统的工作过程分析，用方框图描述开环控制系统的工作过程。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略： 1. 教法： 本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。 2. 学法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是引导学生会学用系统框图来抽象概括控制系统、帮助分析和理解控制系统的组成及其工作过程的方法 五、教学资源准备 多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等

离散控制系统分析方法

实验二离散控制系统分析方法 一、实验目的 利用MATLAB对各种离散控制系统进行时域分析。 二、实验指导 1．控制系统的稳定性分析 由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。 2．控制系统的时域分析 时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。 Matlab提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。

例1．z z z H 5.05 .1)(2+= 试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。 解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下： num=[1.5]; den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1) [y,t,x]=step(sysd); subplot(1,2,1) plot(t,y); xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位阶跃响应') grid; u=0:0.1:1; subplot(1,2,2) [y1,x]=dlsim(num,den,u); plot(u,y1) xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位速度响应') grid 二、 实验内容 1、MATLAB 在离散系统的分析应用 对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s ，被

自动控制系统案例分析资料

学合大北京联 告报实验 制控：目）名称过程课程（项 化：专业院：学自动化学院自动 学：级班20091003021190910030201号： ：张名：姓绩松成 日14 11 年2012 月 制灯控实验一交通 验目的一、实编程方法和程序调试方法，掌握交通灯控制的多PLC 的熟练使用基本指令，根据控制要求，掌握 种编程方法，掌握顺序控制设计技巧。二、实验说明南按以下规律显示：按先关控制，当启动开关接通时，信号灯系统信号灯受一个启动开开始工作， 20 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持北红灯亮，东西绿灯亮的顺序。南北红灯亮维持 25 到秒。，东西黄灯亮，并维持 2 秒；到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时北绿秒，南，

绿灯亮。东西红灯亮维持 25 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭东西绿秒后熄灭，这时南北红灯亮，23 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持灯亮维持 20秒，然后闪亮 。所示……如此循环，周而复始。如图1、图2灯亮 1图 2图三、实验步骤 1． ．输入输出接线1 G输出R Y G RSD输入输出YQ0.4I0.4东西Q0.1Q0.0Q0.3Q0.5Q0.2南北 2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。 四、参考程序 方法 1：顺序功能图法 设计思路：采用中间继电器的方法设计程序。这个设计是典型的起保停电路。

2．

：移位寄存器指令实现顺序控制方法 2指指定移位寄存器的最低位。N 数值移入移位寄存器。）指令将移位寄存器位（SHRB DATA S_BIT 在溢出内存，移位减N=-N）。SHRB指令移出的每个位被放置=定移位寄存器的长度和移位方向（移位加）指定的位数定义。）和由长度（）中。该指令由最低位（位（SM1.1S_BITN 3．

复杂控制系统

二、复杂控制系统 1. 串级控制系统有哪些主要特点？为什么说串级控制系统能迅速克服进入副回路的扰动？ 2. 串级控制系统中的副被控变量如何选择？ 3. 串级控制系统中的主、副控制器的正、反作用如何选择？它们与阀门的开关形式有无关系？ 4. 如图串级控制系统。该系统在扰动F 1和F 2作用下，要求输出Y 无余差。问主、副控制器是否应全部采用具有积分作用的控制器，为什么？(设过程均具有自衡特性) 5. 的气关阀。问：主、副控制器的正、反作用需要改变吗？为什么？如果需要，如何改变？主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？ 6. 在一个串级控制系统中，主被控变量是温度，原用0-200℃温度变送器，后改用80-200℃温度变送器。问：主、副控制器的比例度和积分时间是否需要改变？如果需要，如何改变？ 7. 有附图所示反应器，反应器温度是用冷 却水控制的。 (1)如果主要扰动是冷却水阀前压力有波 动，应组成怎样的串级控制系统回路？画出控制 方案。 (2)画出采用串级控制系统时的流程图。并设控制阀是气开式，那么，两个控制器分别应选 正作用还是反作用，为什么？ (3)如果控制阀为气关式，两个控制器的正 反作用是否需要改变？ 8. 当串级控制系统采用流量控制回路时， 如果用孔板作为测量元件，且不采用开方器，有 时会出现负荷小时反而不稳定的现象，为什么？ 为了避免这种情况，改变阀的流量特性行不行，为什么？如果不行，用什么办法可以解决？ （题4图）

9. 在串级控制系统中，当主、副控制器都有积分作用时，在主控制器达到饱和之后，副控制器也将积分饱和， 情况更严重。采用如图方案，试说明为什么能防止积分饱 和，并写出主控制器控制规律式来说明。这样的系统能使主被控变量没有余差吗？ 10. 简单均匀控制系统与简单控制系统有何异同点？如何识别简单均匀控制系统？ 11. 简述简单均匀、双冲量均匀、串级均匀的应用场 合。串级均匀与串级控制系统有何异同点？ 12. 画出图示 双冲量均匀系统的方框图，若控制器 采用比例积分作 用， 输出(液位)是否有 余差？ 13. 试比较比值，双闭环比值和串级比值控制系统的特点，并画出各自的方块图。 14. 在比值控制系统中，用相乘方案较之相除方案有什么优点？ 15. 在比值控制系统中，流体F 1的流量是不可调的，仪表量程为0~50M 3/h 。流体F 2的流量是可调的，仪表量程为0~80M 3/h 。现决定采用除法器(I 0=10×I 1/I 2) 组成单闭环比值控制系统，画出控制方案，并确定比值系数。 16. 甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，就必须保持天然气、蒸汽和空气之间成一定比值（1：3：1.4）且当蒸汽和天然气的比值低于2.9，空气和天然气的比值高于1.5时报警。设计如图所示的控制及报警系统。由电动III 型比值器构成比值控制系统，用差压法测流量，未经开方运算。蒸汽流量的最大值G SMAX =31100M 3/h ；天然气流量的最大值G NMAX =11000M 3/h ；空气流量的最大值G AMAX =14000M 3/h 。试求比值器的比值系数K 1和K 2，以及高限信号和低限信号器的 设定值。 17. 工艺要求F 1/F 2=1/1.2 F 1的流量是不可控的，仪表量 程为0~36000NM 3/h 。F 2的流量是可控的，仪表量程为0~2400NM 3/h 。采用气动乘法器（00.08 0.02)0.02)(P (P P B A 0+--=）组成单闭环比值控制系统。 画出控制方案，并确定比值系 数。 18. 如图所示比值控制系统中，采用除法确定比值，并用孔板测量流量。问：该控制 系统的非线性特性来自何处，对控制质量有什么影响，用什么办（题12图） （题18图）

控制系统性能指标

第五章线性系统的频域分析法 一、频率特性四、稳定裕度 二、开环系统的典型环节分解 五、闭环系统的频域性能指标 和开环频率特性曲线的绘制 三、频率域稳定判据 本章主要内容： 1 控制系统的频带宽度 2 系统带宽的选择 3 确定闭环频率特性的图解方法 4 闭环系统频域指标和时域指标的转换 五、闭环系统的频域性能指标

1 控制系统的频带宽度 1 频带宽度 当闭环幅频特性下降到频率为零时的分贝值以下3分贝时，对应的频率称为带宽频率，记为ωb。即当ω>ωb 而频率范围（0，ωb）称为系统带宽。 根据带宽定义，对高于带宽频率的正弦输入信号，系统输出将呈现较大的衰减，因此选取适当的带宽，可以抑制高频噪声的影响。但带宽过窄又会影响系统正弦输入信号的能力，降低瞬态响应的速度。因此在设计系统时，对于频率宽度的确定必须兼顾到系统的响应速度和抗高频干扰的要求。 2、I型和II型系统的带宽 2、系统带宽的选择 由于系统会受多种非线性因素的影响，系统的输入和输出端不可避免的存在确定性扰动和随机噪声，因此控制系统的带宽的选择需综合考虑各种输入信号的频率范围及其对系统性能的影响，即应使系统对输入信号具有良好的跟踪能力和对扰动信号具有较强的抑制能力。 总而言之，系统的分析应区分输入信号的性质、位置，根据其频谱或谱密度以及相应的传递函数选择合适带宽，而系统设计主要是围绕带宽来进行的。 3、确定闭环频率特性的图解方法

1、尼科尔斯图线 设开环和闭环频率特性为 4、闭环系统频域指标和时域指标的转换 工程中常用根据相角裕度γ和截止频率ω估算时域指标的两种方法。 相角裕度γ表明系统的稳定程度，而系统的稳定程度直接影响时域指标σ%、ts。 1、系统闭环和开环频域指标的关系 系统开环指标截止频率ωc与闭环带宽ωb有着密切的关系。对于两个稳定程度相仿的系统，ωc大的系统，ωb也大；ωc小的系统，ωb也小。 因此ωc和系统响应速度存在正比关系，ωc可用来衡量系统的响应速度。又由于闭环振荡性指标谐振Mr和开环指标相角裕度γ都能表征系统的稳定程度。 系统开环相频特性可表示为

复杂控制系统

复杂控制系统

第六章复杂控制系统 教学要求：掌握串级控制系统的基本概念、特点 了解串级控制系统的设计方法、应用场合 掌握比值控制系统的基本概念、特点和设计 掌握前馈控制的基本概念，几种结构形式、应用场合掌握均匀控制的基本概念和控制方案 掌握分程控制的基本概念和应用中的几个问题 掌握选择性控制的基本概念，选择性控制的应用，了解积分饱和及其防止 重点：串级控制系统的结构特点及应用场合， 比值控制系统的三种形式的特点 前馈控制的基本概念 分程控制的基本概念 选择性控制的应用 难点：串级控制系统的结构特点， 主、副控制器正反作用的选择 动态前馈控制 控制阀分程动作关系 本章着重介绍各种复杂控制系统的组成、特点、工作过程与工程设计原则。

§6.1 串级控制系统 6.1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），因此有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。 二、串级控制系统的特点 1. 改进了对象特征，起了超前控制的作用 2. 改进了对象动态特性，提高了工作频率 3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力 4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化

6.1.3 串级控制系统的设计 设计原则。 1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。 2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。 3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。 6.1.4 串级控制系统的应用场合 1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。 3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。 4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。 6.1.5 串级控制系统应用中的问题 1. 主、副控制器控制规律的选择 串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。 主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。 2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。

资金管理系统案例分析

[石化]中石化资金管理系统案例 为了加强中国石油化工股份部资金的统一计划、统一调度、统一结算和统一借贷，达到控制债务规模、合理安排债务结构、加快资金周转、降低融资成本、控制财务风险的目的，股份公司资金管理部门对公司的资金业务进行了统一管理。 由于资金管理业务量大，处理过程复杂，并且需要多种专业理论对过程进行相应的管理，必须以较为全面、先进、稳定的资金管理信息系统来支撑，以规各类资金业务流程，实现对整个公司各类资金业务的预算控制、日常业务管理、资金分析、预警和预测等。 应中国石油化工股份公司资金处的要求，浪潮通软依托在金融行业、石化行业积累的丰富经验，结合中石化自身的企业发展规划，开发一套具有中石化资金管理特色的综合资金业务管理系统，作为股份公司资金业务管理的支撑平台。 项目难点及重点 一、中石化资金业务管理涉及的种类繁多、业务量大，全靠手工操作，工作量非常大，并且存在业务信息收集不及时、统计口径不一致、数据不准确、不全面等问题，需要通过信息系统提高业务处理数据的质量和效率。 二、目前资金业务采用的管理工具繁杂，无法实现对资金管理标准和业务流程的统一控制。 三、种类繁多、大量的资金业务分布在异地各分子公司处理，传统的定期报表方式不能对整个公司资金业务实时掌控。 四、缺少必要的资金预算、资金分析、决策支持工具，全靠手工作业不易做到有效地进行资金的分析、预测和辅助决策。需要建立一套资金预算/分析模型，以提供更灵活、强大的资金管理与分析平台。 所以，需要通过信息化的管理手段，规资金业务的流程和标准，加强资金监控管理的宽度、深度和力度。在整个中石化部实现资金的统一计划、统一调度、统一借贷和集中监管，为合理安排债务结构、控制债务规模、加快资金周转、降低融资成本、控制财务风险提供决策依据和控制手段。 中石化资金管理系统要实现股份公司资金业务的全面管理，具体包括以下几个方面： 1.覆盖业务容（管理广度）。 2.分级管理模式（管理深度）。 同时支持总部和分子公司的分级应用，按组织管理层次分角色授权，实现总部和分子公司两级单位的业务管理流程，并逐步将应用层次向二级单位延伸。 3.业务集中管理。 确保数据的一致性、提高数据归集的及时性。 4.与其他系统的集成。 实现外部业务系统之间的流程控制和数据共享。 解决方案 系统覆盖围 1. 管理规（制度）：统一制定各类资金业务管理制度，规各类资金业务的处理流程和代码标准，确保数据的一致性、可比性。如：申请及审批流程、企业代码、合同代码等。 2. 规模控制（事前）：统一制定全公司的资金预算、计划和信用额度，控制债务规模。如：资金预算、授信额度等。 3. 日常业务（事中）：提高各类资金业务的处理效率和信息质量、完成基础业务数据采集；包括各类资金业务过程（筹融资、租赁、投资、担保、票据、应收、账户等管理系统）。 4. 决策支持（事后）：集中监控各类资金业务进展和运行状况，统一资金分析与预测，提高

《过程控制系统》习题解答

《过程控制系统》习题解答 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。 五、过程控制方案十分丰富 过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。 过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。

单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。 六、定值控制是过程控制的一种常用方式 过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。 1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？ 过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。 1、按过程控制系统的结构特点分 1）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。 2）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。 3、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）：充分结合两者的有点，大大提高控制质量。 2、按给定值信号的特点来分类 定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。 2、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。加热升温或逐次降温等。 3、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。空气量与燃料量的关系。 1-5 试说明图1-2b供氧量控制系统框图中被控“过程”包含哪些管道设备以及图中各符号的含义。

控制系统性能评估1

对于一个控制系统来说，系统稳定是前提，在这个前提下，控制系统性能评估主要关心控制系统的动态性能和稳态性能。动态性能指标反映给定输入信号快速平稳的跟踪能力，或者扰动下恢复正常工作的能力。稳态性能指标反映控制性能的最终控制精度。动态性能和稳态性能的性能指标对评估一个控制系统有较重要的作用。 对于控制系统的分析主要有三种方法：时域分析法，频域分析法，根轨迹法。不同的分析方法有不同的稳态和动态性能指标，下面是我的具体介绍。 一、时域：评估一个具体控制系统，我们要得到它的性能指标，在此我给控制系统输入一个阶跃信号，由控制系统输出响应曲线来求出性能指标，仿真可在MATLAB或Simulink进行。 1、一阶系统：数学模型： 阶跃响应曲线： 图一 性能指标：过渡时间ts=4T（98%），上升时间tr=0.13T。上升时间和过渡时间越小，说明其稳态性能和动态性能越好。 2、二阶系统： 数学模型：

单位阶跃响应（衰减振荡形式）： 图二 （1）衰减比：n=B/B1,B表示第一个波振幅，B1表示第二个波振幅，n是恒大于1的，n越大稳定性越高，实际操作将n控制在4:1到10:1范围内，则控制性能较好。 （2）超调量δ%：超过目标值的最大偏差量与目标值之比，用百分比表示。阻尼比越小，超调量越大，与自然频率无关。在实际系统中阻尼比一般在0.5-0.8之间。 超调量越大说明稳定性越差，而快速性越好，它们是相互制约的、矛盾的。 （3）调节时间ts：从开始上升到不断调整后进入到稳定的误差范围内的时间。正是这段时间也可以称作动态过程，之后的时间称为稳态。通常所指的动态性能指标包括稳定性和快速性，稳态性能指标就是准确性。稳定性和稳态是不能混为一谈的，一定要分清。 （4）振荡次数N：从开始上升到反复穿越目标值的次数。理想状态下希望N=0.5次。这是考虑到三项指标的综合性。 （5）上升时间tr：从开始上升时间到第一次到达目标值的时间。阻尼比不变时，Wn越大，上升时间越小；自然频率不变，阻尼比越小，上升时间越小。理想状态下希望越短越好，在实际的自动控制系统中是不可能的。 （6）稳态误差ess，反映控制系统的稳态精度，越小越好。 对于一些高阶，复杂的系统，可以在一定范围内简化为典型的系统，便于对控制系统进行分析。 3、高阶系统的性能分析：