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1、热工控制系统实验指导书实验一 典型环节动态特性一、实验目的：利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，熟悉各种典型环节的响应曲线，分析环节动态特性。 二、基本内容：利用MATLAB仿真软件构成各环节，加阶跃扰动，从示波器中看曲线。掌握比例、积分、惯性、实际微分环节的动态特性。三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1) 进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。2) 点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。3) 在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中,调出示波器模块(Scope
2、)、传递函数模块(Transfer Fcn)、阶跃信号（step）。4) 构成一个比例环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线 图1 比例环节的对象模型改变参数K观察响应曲线变化。（mux-信号集合模块）5) 构成一个惯性环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线 图2 惯性环节的对象模型 T一定，改变参数K观察响应曲线变化K一定，改变参数T观察响应曲线变化同时改变T，K参数，观察相应曲线变化。6) 打开Simulink窗口，构成一个积分环节对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变
3、化。图2 单容无自平衡（积分环节）对象模型改变参数T的值，观察响应曲线变化7) 打开Simulink窗口，构成一个实际微分对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变化。 改变参数T、K的值，加阶跃输入，观察响应曲线变化。五、实验结果记录及分析：1、画出以上项目中系统阶跃响应曲线图，由图分析系统动态特性2、区别惯性环节和实际微分之间的区别。实验二 调节对象的动态特性一、实验目的：学习利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特 性，了解单有、单无、多有、多无对象的动态特性。二、基本内容：利用MATLAB仿真软件构成单有对象加节跃扰动，从示波器中看曲线。学习从曲线中求各种参数。三、需用仪器及工具：
4、MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1) 进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。2) 点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。3) 在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中，调出示波器模块、传递函数模块（惯性环节）、阶跃信号、积分环节。 4) 构件一个具有阶跃输入单容有自平衡（惯性环节）的对象模型，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线， 改变参数时间常数（T），放大系数（K），观察响应曲线变化。在单容有自平衡（惯性环节）的对象参数不变时，改变纯延迟（t），观察
5、响应曲线变化5) 打开Simulink窗口，构造一个单容无自平衡（积分环节）对象模型，改变参数T的值，观察响应曲线变化。在单容无自平衡（积分环节）对象参数不变时，改变纯延迟（t），观察响应曲线变化6) 打开Simulink窗口，构造一个多容(双容)有自平衡（W(s)=），改变参数T、K、的值，观察响应曲线变化。7) 打开Simulink窗口，构造一个多容（三容）无自平衡（W(s)=），改变参数T、K、的值，观察响应曲线变化。 五、实验结果记录及分析：画出以上项目中系统阶跃响应曲线图，由图分析系统动态特性（组态王演示）实验三 调节器动作规律实验一、实验目的：了解调节器参数对过程的影响，学习利用M
6、ATLAB仿真软件二、基本内容：利用MATLAB仿真软件构成P、PI、PD、PID调节对象的数学模型，通过修改参数，作出动态特性曲线。三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1) 进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。2) 点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。3) 在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中，调出示波器模块、传递函数模块（惯性环节）、阶跃信号。 4) 构成纯比例调节器K(P)= 对象模型，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线，
7、改变比例带（）参数，观察响应曲线变化。5）构成比例积分调节器PI(比例环节K+积分环节)对象模型，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线，改变比例带（）、积分时间（）参数，观察响应曲线变化。6）构成比例积分微分调节器PID(比例环节K+积分环节+微分环节)对象模型，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线，改变比例带（）、积分时间（）、微分时间（）参数，观察响应曲线变化。l 调节器（1）比例调节器（P）：积分系数Ki增益模块和微分系数Kd增益模块中的增益值Gain均设为0，此时调节器为比例调节规律，其传递函数为：式中： 比例带； 比例系数()。（2
8、）比例积分调节器(PI)：微分系数Kd增益模块中的增益值Gain设为0，此时调节器为比例积分调节规律，其传递函数为： 式中： 积分时间； 积分系数()。（3）比例积分微分调节器(PID)：此时调节器为比例积分微分调节规律，其传递函数为：式中： 微分时间； 微分系数()。五、实验结果记录及分析： 画出以上项目中系统阶跃响应曲线图，由图分析系统动态特性附：1、PID调节器叠加作用效果图2、各环节响应曲线实验四 单回路控制系统的整定一、实验目的： 1、了解被控对象的特性对控制系统控制品质的影响。2、掌握不同调节规律的调节器（P、PI、PID）对控制系统控制品质的影响。3、熟悉MATLAB软件中Sim
9、ulink工具箱的使用方法及在控制系统设计仿真中的应用。4、掌握单回路控制系统中不同调节规律的调节器的参数整定方法。 二、基本内容：本实验利用MATLAB软件中Simulink工具箱中的功能模块组成具有不同调节规律的单回路控制系统，并对其进行仿真研究，控制系统方框图如下图所示三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1) 进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。2) 点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。3) 在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中，调出示波器模块、传递
10、函数模块（惯性环节）、阶跃信号。4) 构成单回路对象模型，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线，改变PI调节器参数（改变比例带（）、积分时间（），观察响应曲线变化.调整调节器参数，使曲线达到合适过程。 鼠标反键FormatFlip block5)有扰动信号下的单回路控制系统仿真外扰通道111被控对象内扰外扰l 被控对象在图117所示的单回路控制系统中，由三个一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn1Transfer Fcn3）串联组成一个三阶惯性被控对象，其传递函数为：l 内扰在图117所示的单回路控制系统中，采用阶跃信号输出模块作为内扰的扰动源，在阶跃信号输出
11、模块(Step)的参数设置对话框中，可以设置内扰发生的时间和幅值。l 外扰 在图117所示的单回路控制系统中，采用阶跃信号输出模块作为外扰的扰动源，并采用三个一阶惯性环节仿真模块串联组成具有三阶惯性的外扰通道，其传递函数为：四、实验要求1、在MATLAB软件的Simulink工具箱中，打开一个Simulink控制系统仿真界面，在其中建立如图117所示的单回路控制系统方框图。2、在图117所示的单回路控制系统中，采用理论计算法对比例调节器(P)的比例带和比例系数进行计算。3、在图17所示的单回路控制系统中，采用书中介绍的试验整定方法对比例积分调节器(PI)和比例积分微分调节器(PID)的各参数进
12、行整定，并通过仿真曲线分析调节器参数对控制系统控制品质的影响。4、通过仿真曲线分析内、外扰动对控制系统控制品质和调节过程的影响。五、实验结果记录及分析： 实验五 串级控制系统实验一、 实验目的了解调节器参数对过程的影响，学习利用MATLAB软件。二、基本内容利用MATLAB构成多回路调节对象的数字模型；通过对参数的修改作出动态特性曲线。三、 需用仪器及工具MATLAB仿真机，计算机四、 实验步骤（1）进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS中的MATLAB图标启动MATLAB（2）点击MATLAB进入SIMULINK工作环境（3）在SIMULINK LIBRARY BROWER中调出模块
13、，（示波器，传递函数，惯性环节）阶跃信号。（4）构成串级多回路对象模型，设置模型参数，点击START SIMULATION得响应曲线，改变主、副调节器参数，观察曲线变化。（注：被控对象传递函数的特征参数分析见课本P79）五、 实验结果记录及分析实验六 前馈反馈控制系统实验一、 实验目的了解调节器参数对过程的影响，理解前馈通道的引入对控制系统的作用，学习利用MATLAB软件。二、基本内容利用MATLAB仿真软件构成单回路调节对象的数学模型，通过修改参数，作出动态特性曲线。三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤1）进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。2） 点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。3）在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中，调出示波器模块、传递函数模块（惯性环节）、阶跃信号。4）构成前馈控制系统对象模型，设置参数，点击start simulation得响应曲线，改变调节器的参数，观察曲线变化，使曲线达到合适的过程。五、记录实验结果及分析实验七 单冲量给水控制系统的整定一、实验目的：了解调节器参数对过程的影响，学习利用MATLAB仿真软件，构成给水调节对象的数学模型，通过修改参数，作出动态特性曲线。二、基本
