控制系统设计与仿真课程设计报告

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1、 控制系统设计与仿真课程设计报告控制系统设计与仿真课程设计报告 20132013 年年 9 9 月月 设计一设计一 被控对象的实验建模被控对象的实验建模 一、设计要求一、设计要求 1.了解水槽控制系统的结构及组成； 本次课程设计采用的水槽控制系统为单回路控制系统， 被控对象为单容自衡 过程，被控变量为水槽中的液位，控制变量为水槽入水口流量，变送器采用差压 变送器测量液位高度，执行器采用电动调节阀，控制器采用 Honeywell 数字调节 器。结构图如下图所示： 电动阀控制器水槽 差压 变送器 m(t) u(t)y(t)e(t)r(t)q(t) 图图 1 1- -1 1 单回路控制系统结构图单回

2、路控制系统结构图 2.掌握响应曲线法建立数学模型 图图 1 1- -2 2 响应曲线法建模响应曲线法建模 采用响应曲线法对被控过程进行建模。考虑过程控制系统的复杂性（惯性时 间常数大、纯滞后大、非线性明显） ，在这里将被控对象、变送器和执行器作为 广义对象进行整体建模，不再考虑每个部分单独存在时的数学模型。 实验中，待水槽中液位稳定后，使电动调节阀开度作阶跃变化，幅度为最大 开度的 10%，测定系统输出量随时间而变化的曲线，即得阶跃响应曲线。为减少 u t y T0 D t A C B y() y(0) 干扰对建模过程的影响，需多次重复测试，并且要分别测得施加正、反方向的阶 跃信号时系统阶跃响

3、应曲线。 3.熟悉 Honeywell 数字调节器的用法及调试 Honeywell UDC3300 数字调节器（以下简称调节器）功能十分强大，在这里 仅介绍与本次课程设计相关部分的使用方法。 调节器有两种操作模式：手动（MAN） 、自动（A） 。手动模式下可以直接控制 调节阀的相对开度（0100%） ，自动模式下可以设定 PID 参数及给定值。设置步 骤如下：在显示模式下按 SET UP 键，再按 FUCTION LOOP 1/2 键进入 PID 参数设 置，首先设置比例带 PROP BD OR GAIN，范围为 0.1%9999%，按上下键进行调节， 设置好后再次按下 FUCTION LOO

4、P 1/2 键设置微分时间常数 RATE MIN，范围为 0.0010.00min，再次按下 FUCTION LOOP 1/2 键设置积分时间常数，范围为 0.0250.00min，至些参数设置完毕，按下 LOWER DISPLAY 键切换回显示模式。 4.对整个水槽控制系统有一个整体了解 被控对象： 本实验系统的被控对象是二个水槽。 可构成一阶对象和二阶对象。 执行器：Honeywell ML7420 电动调节阀，连接线性阀。从开度 0 变化至 100% 的过渡时间为 60 秒，2-10V 输入信号，2-10V 位置反馈信号（本次课程设计未对 阀门开度进行反馈控制，阀门开度的控制为开环控制）

5、 。 控制器：采用 Honeywell UDC3300 通用数字式控制器。控制器输出信号为分 段连续模拟信号，周期约为 0.2 秒。 变送器：DBC 型电动差压变送器。本仪表在测量和自动调节系统中作检测环 节，与节流装置配合可连续可以测量两个不同比重液体的界面，并将被检测量的 变化转变成为 4-20mADC，统一电流信号输出。测得 A/D 转换单元的采样周期约 为 1 秒。 5.单回路控制系统的最佳参数的计算方法 可以采用前面叙述的图解法确定参数，为保证精度，本次课程设计采用计算 法确定一阶环节的特性参数。 （1）求静态放大系数 0 K（无量纲） )/( )/( minmax minmax 0

6、 ppp yyy K （2）求时间常数 0 T 先将阶跃响应曲线标准化，得相对值 )( )( )( * y ty ty ，在标准化曲线上找到 0.632 与 0.33 所对应的时间 1 t与 2 t，则时间常数 2 5.2 21 0 tt T 。 （3）求纯滞后时间 0 方法与前面的图解法相同。 最后得到广义对象的开环传递函数 s e sT K sG 0 1 )( 0 0 0 。 二、设计步骤二、设计步骤 1.设计控制系统接线图，联接导线。记录仪参数设置：首先调整好记录仪零点； 设置量程为：10v；设置走纸速度：12mm/min。 注：两个电阻均为 500将 4-20mA 电流信号转换为 2-10V 电压信号。 电路接线示意图如下图所示： 控制器电动阀水槽 变送器 记录仪 500 500 图图 1 1- -3 3 电路接线示意图电路接线示意图 2.给仪器上电，打开水泵，同时缓慢打开管道上的阀门。 3.把调节器调至手动状态，调节电动阀开度使其保持在 30%，一段时间后液位稳 定在 30.3mm。