《实验1典型过程对象的建模与matlab分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验1典型过程对象的建模与matlab分析（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验1 典型过程对象的建模与matlab分析实验目的：1.掌握典型过程对象的建模方法；2.掌握使用matlab软件对过程对象进行分析的方法。实验原理：1. 一阶对象数学模型的建立对一阶储槽对象图1-1一阶储槽对象 （1-1） （1-2）将此关系式代入式（1-1），得到 （1-3）移项整理可得 （1-4）令 （1-5） （1-6）代入式（1-4），得到 （1-7）这就是用来描述储槽对象特性的微分方程式。它是一阶常系数微分方程式，因此对象可称为一阶储槽对象，式中T为时间常数，K为放大倍数。因此可将一阶对象的微分方程式表示为一般形式 （1-8）式中T为时间常数，K为放大倍数。Y、X是对象的输出变量的
2、增量和输入变量的增量。为了书写的方便，可以将变量前的“”省略，但其意义不变。这样，一阶对象的数学模型可写为 （1-9）2. 典型二阶环节的数学模型对两个串联的贮槽图1-2二阶储槽对象求出以输出变量为，输入变量为的对象数学模型。列写原始动态增量方程对贮槽1：对贮槽2：消去中间变量得或 （1-10）式中，分别是贮槽1，贮槽2的时间常数。当输入流量Fi突然增加，贮槽2的液位L2的变化曲线如图1-3所示，曲线说明输入量在作阶跃变化的瞬间，输出量变化的速度等于零，以后随着t的增加，变化速度慢慢增大，但当t大于某一个t1值后，变化速度又慢慢减小，直至t时，变化速度减少为零。t1对应的点O为拐点。对于这种对
3、象，可作近似处理，即用一阶对象的特性（是有滞后）来近似上述二阶对象。方法如下：在二阶对象阶跃反应曲线上，过反应曲线的拐点O作切线，与时间轴相交，交点与被控变量开始变化的起点之间的时间间隔h就为容量滞后时间。由切线与时间轴的交点到切线与稳定值KA线的交点之间的时间间隔为T。如图1-4所示，这样，二阶对象就被近似为是有滞后时间（容量滞后）=h，时间常数为T的一阶对象。图1-3 二阶对象阶跃响应曲线 图1-4 二阶对象阶跃响应曲线的处理实验要求：1.用SIMULINK工具箱搭建如下控制系统，并对输出进行分析；（1）无自衡单容液位过程图1-4 无自衡单容液位过程图1-5 无自衡单容液位过程模型框图（2
4、）自衡单容液位过程图1-6自衡单容液位过程图1-7自衡单容液位过程模型框图（3）有相互影响的双容过程图1-8有相互影响的双容过程图1-9有相互影响的双容过程模型框图（4）无相互影响的双容过程图1-10无相互影响的双容过程图1-11无相互影响的双容过程模型框图2. 有一温度控制系统如图1-12所示，蒸汽与冷流体直接接触，将冷流体加热，工艺要求热物料出口温度一定。方框图如图1-13所示。已知：，。试绘制出：系统在阶跃设定作用下的过渡过程曲线。系统在冷物料温度阶跃干扰作用下的过渡过程曲线。图1-12 温度控制系统图 图1-13 温度控制系统方框图3.建立三阶对象并考察不同时间常数匹配时对控制质量的影响用SIMULINK工具箱塔建如图1-14的控制系统；对于不同的时间常数匹配情况，应调整纯比例控制器的K（图1-14中的“Slider Gain”模块相当于一个纯比例控制器），使得响应曲线衰减比为4：1（要求在40.2范围内），保存响应曲线，计算、和。保存不同时间常数匹配时控制系统的输出响应曲线，并分析、比较和得出有关结论。图1-14 三阶对象控制系统结果分析：序号时间常数T1时间常数T2时间常数T3输出响应曲线衰减比最大偏差余差临界增益临界振荡频率可控性指标1603015260307.5360157.5430157.556
