单回路控制系统设计与仿真

第三章 单回路控制系统过程控制与工程 黄 勋

本节主要内容单回路控制系统的概念及其构成； 被控变量与操纵变量的选择； 控制系统各个环节的影响； 调节器调节规律 系统参数的整定 控制器作用方向

简单控制系统的定义与组成

由一个测量仪表(测量元件、变送器)、一个控制器 和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的(单闭 环)控制系统特点：简单、易于分析设计、投资少、便于施工 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元

简单控制系统设计步骤 了解被控对象特性 工艺过程、设备确定控制方案

1.合理选择被控变量；2.选择操纵变量； 3.检测变送元件，检测位臵； 4.执行器； 5.调节器；控制规律； 6.参数整定

被控变量的选择

生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定 规律变化)的变量称为被控变量。 合理选择被控变量的重要性： 对产品的产量、质量及安全具有决定性的作用。 直接指标控制 间接指标控制

被控变量的选择基本原则1)被控变量能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态。生产过程中希望保持在定值地过程参 数；但在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响 而变化。 2)被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏 度；必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状； 3)尽量采

第三章 单回路控制系统过程控制与工程 黄 勋

本节主要内容单回路控制系统的概念及其构成； 被控变量与操纵变量的选择； 控制系统各个环节的影响； 调节器调节规律 系统参数的整定 控制器作用方向

简单控制系统的定义与组成

由一个测量仪表(测量元件、变送器)、一个控制器 和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的(单闭 环)控制系统特点：简单、易于分析设计、投资少、便于施工 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元

简单控制系统设计步骤 了解被控对象特性 工艺过程、设备确定控制方案

1.合理选择被控变量；2.选择操纵变量； 3.检测变送元件，检测位臵； 4.执行器； 5.调节器；控制规律； 6.参数整定

被控变量的选择

生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定 规律变化)的变量称为被控变量。 合理选择被控变量的重要性： 对产品的产量、质量及安全具有决定性的作用。 直接指标控制 间接指标控制

被控变量的选择基本原则1)被控变量能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态。生产过程中希望保持在定值地过程参 数；但在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响 而变化。 2)被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏 度；必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状； 3)尽量采

过程控制与自动化仪表

西安理工大学自动化与信息工程学院 信息与控制工程系

主讲教师：赵 跃

第五章 简单控制系统设计

一 单回路控制系统设计

二 PID调节参数的工程整定

单回路控制系统设计

单回路控制系统的概念

单回路调节系统一般指对一个被控制对象使用 一个调节器来保持一个参数恒定。调节器只接受一 个测量信号，输出只控制一个执行器

单回路调节系统典型结构

简单控制系统的设计

控制系统的设计步骤

（1）熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量， 稳定误差，调节时间，上升时间，衰减比等。

（2）了解工艺过程，建立过程的数学模型。 （3）依据过程的数学模型，确定控制方案。即确定 被控参数及其测量和变送的方法；确定操作变量和 相关的执行器（控制方法）。 （4）依据调节规律和系统的动、静态特性进行理论 分析和综合 （5）系统仿真与试验研究。

简单控制系统的设计

控制系统的设计步骤

（6）工程设计。

（7）工程安装。 （8）控制器的参数整定。

喷雾干燥过程控制系统设计

高位槽 A 阀1

1 .生产工艺简介 2 .被控参数选择 3 .控制参数选择

B

过滤器

阀2

鼓风机 阀3

蒸汽

干燥器

4 .仪表选择与整定 5 .控制仪表连接图

换热器

风管

被控参数选择

系统被控参数选取的一般原则

(a)应选取对产品的产量，

第一篇 过程控制系统

第一章 单回路反馈控制系统

?简称：单回路控制系统、简单控制系统

?在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种。 ?在生产过程控制中应用得最为广泛的、并能解决大量控制问题的系统（70%）。 ?研究单回路系统的分析和设计方法，是研究复杂控制系统的基础。

1.1 单回路系统的结构组成一、

系统的组成举例 ： 如图所示的水槽，流入量 F1、流出量F2，为了控制水槽的液位L不变，选择相应的变送器、控制器、控制阀，并按左图组成单回反馈控制系统。

F

F 图1-1 水槽

F“反作用” sp LC LT F图1-2 水槽液位控制系统

注： LC表示液位控制器，sp代表控制器的给定值。 假定控制阀为气闭，控制器为反作用。 偏差：测量信号与给定值之差。

当测量值大于给定值时，偏差为正，反之为负。第一种情况（初始状态：平衡状态F1=F2）

?入口阀突然开大 → F1>F2 → L↑ → 正偏差 → 输出减小 → 控制阀↑ → F2 ↑→ L↓→F1=F2→ 系统达到新的平衡?入口阀突然开小→ F1F1→L ↓→ 负偏差 →输出增大 →控制阀↓

工业过程控制

课程设计

题 目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号：

指导教师： 设计地点： 31-517 设计时间： 2011.6.25～2011.7.1

设计成绩： 指导教师： 0 本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。 工业过程控制课程设计任务书之七

学生姓名 题 目 课题性质 指导教师 专业班级 学号 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计 工程设计 郑维 通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制课题来源 自拟题目 主要内容 要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和

液位单回路控制系统的仿真实验报告

一、实验目的：了解和掌握单回路控制系统的组成和工作原理，运用Intouch工业组态软件实现液位单回路控制系统的仿真。 二、液位单回路控制系统模型：

设定液位-ePID调节器u执行阀Q水箱对象实际液位液位传感器

液位单回路控制系统方框图

系统中各组成单元的模型如下： 水箱对象模型：G(s)?20200s?1液位传感器：量程 0～40cm 输出 0～5V

执行阀：控制电压：0～10V。 对应 0～100%开度。 最大开度时 Q=3.5cm3/s 四、实验过程

（1）液位单回路控制系统界面

1

（2）液位单回路控制系统脚本语言 启动时：

------------------------------------------------------------------------------------------------------- ek-2=0;初始误差设置为0 ek-1=0;

start=0;启停按钮的初始时刻设置为停 u=0; ts=1;标志位 qk-1=1;标志位

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液位单回路控制系统的仿真实验报告

一、实验目的：了解和掌握单回路控制系统的组成和工作原理，运用Intouch工业组态软件实现液位单回路控制系统的仿真。 二、液位单回路控制系统模型：

设定液位-ePID调节器u执行阀Q水箱对象实际液位液位传感器

液位单回路控制系统方框图

系统中各组成单元的模型如下： 水箱对象模型：G(s)?20200s?1液位传感器：量程 0～40cm 输出 0～5V

执行阀：控制电压：0～10V。 对应 0～100%开度。 最大开度时 Q=3.5cm3/s 四、实验过程

（1）液位单回路控制系统界面

1

（2）液位单回路控制系统脚本语言 启动时：

------------------------------------------------------------------------------------------------------- ek-2=0;初始误差设置为0 ek-1=0;

start=0;启停按钮的初始时刻设置为停 u=0; ts=1;标志位 qk-1=1;标志位

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实验2 单回路控制系统的工程整定

一、实验目的

1．学会单回路控制系统PID控制器的工程整定方法（衰减曲线法和临界比例带法） 2．掌握PID三个参数对控制过程的影响

二、实验原理

单回路控制系统如下：

对象为一个三阶系统，控制器采用PID PID传递函数 G(s)?1?(1?1Tis?Tds)

??比例带 Ti? 积分时间常数 Td?微分时间常数

控制器阶跃输入PID调节器被控对象10(2.5s?1)3输出示波器

三、实验内容

调节器参数工程整定方法常用有4种：经验法、衰减曲线法、临界比例法、响应曲线法。

1．衰减曲线法

它是利用在比例作用条件下产生??0.75的控制过程时的调节器比例带和控制过程周期（衰减周期）Ts来整定调节器的参数。

y(t)要求y1:y3?4:1y1y31 0 振荡周期Tst

y1:y3=4:1 ??0.75

表1 衰减曲线法整定参数计算表 整定参数 比例带? 控制规律 比例P 比例积分PI 比例积分微分PID 积分时间Ti － 0.5Ts 0.3Ts 微分时间Td － － 0.1Ts ?s 1.2?s 0.8?s 步骤：

（1）使调节器参数Ti??,Td?0，比例带?

单闭环控制系统设计及仿真

班级 电信2014 姓名 张庆迎 学号 142081100079

摘要 直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，

所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

关键词 直流电机 直流调速系统 速度调节器 电流调节器 双闭环系统

单闭环控制系统设计及仿真

班级 电信2014 姓名 张庆迎 学号 142081100079

摘要 直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，

所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

关键词 直流电机 直流调速系统 速度调节器 电流调节器 双闭环系统