精品完整版工业被控过程建模与闭环控制系统的工程整定Word文档格式.docx

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1.给出单容储液槽液位机理建模的过程。

2.给出工程建模的方法。

3.给出广义被控对象的单位阶跃响应输出数据。

4.给出经典的工程整定方法。

5.给出使用MATLAB软件建模、绘制与拟合曲线、仿真运行和整定调试的方法。

二．要求完成的主要任务：

（一）．设计任务

本设计要求完成如下三个部分的设计任务，分别是：

1.应用机理法对某一工业生产过程建立数学模型。

要求：

①．最终推导出的模型的传递函数为：

；

②．用计算机软件绘制出示意图，设计报告中的图形要统一进行编号。

③．写出建模的详细推导过程，推导过程中所涉及的表达式要统一进行编号。

2.应用MATLAB软件对下表给定的工程数据进行工程测试建模。

第三组数据：

（学号为3n+3的学生应用）

t（s）

0.69

1.28

2.14

3.34

4.94

6.94

8.94

y

0.08

0.4

1.36

3.52

7.44

12.16

10.94

12.94

14.94

16.94

18.94

20.94

22.94

24.94

17.2

22.16

26.88

31.2

35.04

38.4

41.28

43.76

26.94

28.94

30.94

32.94

34.94

36.94

40.94

45.84

47.6

49.04

50.24

51.28

52.08

53.36

42.94

46.94

50.94

52.94

54.94

58.94

60.94

53.84

54.56

55.04

55.2

55.36

55.52

55.6

64.94

66.94

70.94

72.94

84.94

90.94

55.76

55.84

55.92

56

具体要求

⑴按照任务书给出的广义被控生产过程的单位阶跃输入下的输出数据，应用MATLAB软件绘制出其响应曲线。

⑵写出应用切线法建立数学模型的具体步骤。

要求用计算机绘制其切线图形，并在图上做出详细标注。

⑶写出广义对象传递函数。

用计算机在同一图形界面下绘制出阶跃响应曲线和拟合后的曲线。

3.对所建立的被控对象数学模型，应用MATLAB软件，建立闭环控制系统模型，并广义进行工程整定的仿真。

具体要求：

⑴以得到的对象数学模型为广义被控对象，在MATLAB中建立闭环控制系统仿真模型。

⑵至少用一种方法进行工程整定。

要求给出整定过程中的模型及中间得到的图形数据。

写出具体的整定步骤和得到的整定参数。

⑶经过反复整定，给出最终的整定参数、闭环响应曲线。

⑷对研究过程所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论。

（二）．设计报告撰写要求

1.纸张格式：

要求统一用A4纸打印，页面设置上空2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm）：

2.正文层次：

正文内容层次序号为：

1、1.1、1.1.1……，其中

⑴．正文标题；

一级标题1.（黑体小2号加粗），二级标题1.1（黑体小三号），三极标题1.1.1（黑体小四号）。

⑵．正文内容格式：

宋体五号，1.25倍行距。

3.正文内容

一般包括：

⑴．选题背景：

说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；

简述本设计的指导思想。

（设计目的中已有阐述）

⑵．方案论证：

说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。

⑶．设计内容：

对设计工作的详细表述。

要求层次分明、表达确切。

⑷．结果分析：

对研究过程总所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。

⑸．结论或总结：

对整个研究工作进行归纳和综合。

⑹．参考文献：

不少于5个，并应按文献号、作者、文献题名、出版地：

出版社和出版年等顺序书写。

如：

[1]戴军，袁惠新.膜技术在含油废水处理中的应用.膜科学与技术，2002.

4.图纸（或其它）要求

⑴．图纸要求：

图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，要求使用计算机绘图。

⑵．曲线图表要求：

①．所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须按国家规定标准或工程要求绘制（采用计算机辅助绘图）。

②．课程设计报告中图表、公式一律采用采用阿拉伯数字连续编号。

图序及图名置于图的下方；

表序及表名置于表的上方；

说明书（报告）中的公式编号，用括号括起来写在右边行末，其间不加虚线。

三．时间安排：

时间

设计内容

使用设备

第一周

查阅资料，用机理法为某一工业被控过程建立数学模型

使用过程控制实验室电脑或自备装有MATLAB软件的电脑进行设计。

查阅MATLAB资料，绘制出阶跃响应曲线

用切线法建立被控过程数学模型

根据所得数学模型，用MATLAB建立闭环系统仿真模型

第二周

进行闭环系统的工程整定，得出整定结果

完成设计报告

答辩并上交设计报告

目录

第1章选题背景.........................................................1

第2章设计任务..........................................................2

第3章设计方案.........................................................3

3.1建模的一般方法....................................................3

3.2控制体统参数的工程整定............................................3

3.3最佳方案..........................................................4

第4章单容储液槽液位机理建模的过程......................................5

4.1被控对象的解析.....................................................5

4.2储液槽液位机的建模.................................................5

4.3工程建模...........................................................6

4.3.1确定传递函数的形式..............................................6

4.3.2确定模型参数....................................................6

第5章控制系统的工业整定..................................................8

5.1广义对象的阶跃响应曲线..............................................8

5.2数学模型的参数确定...................................................9

5.3控制器参数的工程整定.................................................10

5.4控制器的选择.........................................................12

第6章总结和体会..........................................................13

参考文献.................................................................14

第1章选题背景

过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。

尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用。

锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故。

在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。

在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。

所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。

由于工业生产过程复杂多样，因此，在设计工业生产过程控制系统时，首先必须花大量的时间和精力去了解该工业生产过程的基本原理、操作过程和过程特性，这是设计和实现一个工业生产过程的首要条件。

要实现过程自动控制，还需要对整个工业生产过程的物料流、能源流和生产过程中的有关状态进行准确的测量和计量。

根据测量得到的数据和信息，用生产过程工艺和控制理论知识来管理和控制该生产过程。

MBATLA软件是一款进行高效工程计算、数据分析与可视化编程、系统仿真、科学和工程绘图等功能强大的优秀软件。

能够用于系统建模和仿真，方便用于系统参数整定。

第2章设计任务

工业生产过程的扰动作用使得生产过程操作不稳定，从而影响工厂生产过程的经济效益。

过程控制的任务就是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效。

作为自动化最根本的目标应是使生产过程安全并平稳的运行。

本课程设计是工业被控过程建模与控制器参数的工程整定，主要是针对单容储液槽的水位平衡进行机理建模。

本设计要求完成如下两个大的设计任务，分别是：

对某一工程对象进行机理建模，应用MATLAB软件对给定的工程数据进行工程测试建模。

对所建立的被控对象（广义）数学模型，应用MATLAB软件，建立闭环控制系统模型，并进行工程整定的仿真。

最终给出仿真结果和结论。

第3章设计方案

3.1建模的一般方法

建立被控过程数学模型的方法一般有：

机理建模、试验建模、混合建模。

机理建模是根据对象或是生产过程的内部机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程以及某些设备方程、化学反应定律等，从而得到对象的数学模型。

这类模型通常称为机理模型。

这种方法建立的模型的最大优点是具有非常明显的物理意义，模型具有很大的适应性，便于模型参数的调整。

试验建模是在机理建模难以建立的情况下，可以采用试验建模的方法得到对象的数学模型。

试验建模针对所要研究的对象，人为地施加一个输入作用，然后用仪表记录表征对象特性的物理量随着时间变化的规律，得到一系列的试验数据或者是曲线。

通过对曲线的分析获得必要的规律信息。

混合建模将机理建模和试验建模结合起来就是混合建模。

混合建模是一种