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第1页，共47页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ssG5.01)(和sessG55.01)(，在Simulink中建立模型如下第2页，共47页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)(ssG和sessG5122)(，在Simulink中建立模型如下：第3页，共47页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)(22TssTsG，当参数1T,2.1,1,3.0,0时，在Simulink中建立模型如下：第4页，共47页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)(sssG（多容有自衡能力的对象）和)12(1)(sssG（多容无自衡能力的对象），在Simulink中建立模型如下第5页，共47页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()222nGsssnn，二阶系统的性能主要取决于，n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不变时，分别为0.1,0.8,1.0,2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8不变时，n分别为2,5,8,10时的单位阶跃响应曲线。（3）2n，为0.1时的单位阶跃响应曲线：第6页，共47页2n，为0.8时的单位阶跃响应曲线：2n，为1.0时的单位阶跃响应曲线：第7页，共47页2n，为2.0时的单位阶跃响应曲线：（2）0.8，n为2时的单位阶跃响应曲线：第8页，共47页0.8，n为5时的单位阶跃响应曲线：0.8，n为8时的单位阶跃响应曲线：第9页，共47页0.8，n为10时的单位阶跃响应曲线：第10页，共47页实验二PID控制作业题目：建立如下所示Simulink仿真系统图。利用Simulink仿真软件进行如下实验：第11页，共47页1.建立Simulink原理图如下2.双击原理图中的PID模块，出现参数设定对话框如下将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。3.进行仿真，调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化：P=0.5时的响应曲线如下：第12页，共47页P=2时的响应曲线如下：P=5时的响应曲线如下：第13页，共47页由以上三组响应曲线可以看出，纯比例控制对系统性能的影响为：比例调节的余差随着比例带的加大而加大，减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统真激烈震荡甚至不稳定，比例带很大时，被调量可以没有超调，但余差很大，调节时间也很长，减小比例带就引起被调量的来回波动，但系统仍可能是稳定的，余差相应减少。4.将控制器的功能改为比例微分控制，调整参数，观测系统的响应曲线，分析比例微分的作用。P=2，D=0.1时的相应曲线如下：第14页，共47页P=2，D=0.5时的相应曲线如下：P=2，D=2时的相应曲线如下：第15页，共47页P=2，D=5时的相应曲线如下：由以上四组响应曲线可以看出，比例微分控制对系统性能的影响为：可以提高系统的稳定性，引入适当的微分动作可以减小余差，并且减小了短期最大偏大，提高了振荡频率。5.将控制器的功能改为比例积分控制，调整参数，观测系统的响应曲线，分析比例积分的第16页，共47页作用。P=2，I=0.1时的响应曲线如下：P=2，I=0.5时的响应曲线如下：P=2，I=1时的响应曲线如下：第17页，共47页P=2，I=1.5时的响应曲线如下：P=2，I=2时的响应曲线如下：第18...
