双闭环比值控制系统课程设计Word下载.docx

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凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。

主动量：

起主导作用而又不可控的物料流量Q1；

从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；

比例系数：

k=

在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：

开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图1和图2所示。

通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；

通过从动量控制

回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。

双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。

本次设计要求设计一个双闭环比值控制系统。

图1双闭环比值控制系统流程图图2双闭环比值控制系统方框图

1.3原始数据

（1）要求比值控制系统的从动量跟随主动量变化而变化，其中两个流量仪表的信号比值系数：

k==4;

（2）主对象广义传递函数为：

;

（3）从对象广义传递函数为：

;

（4）主动量回路和副动量回路均采用PI控制规律;

（5）主动量每隔100s变化，幅值分别为[31421].

1.4设计内容

1、采用衰减曲线法整定主动量回路控制器参数；

2、采用反应曲线法整定从动量回路控制器参数；

3、在MATLABSIMULINK环境中建立双闭环比值控制系统，并投入运行，估计系统阶跃响应曲线的超调量、上升时间和过渡过程时间；

4、检验双闭环比值控制系统的抗干扰能力：

主动量和从动量分别改变10%，检验系统的抗干扰能力。

5、分析双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各种的优缺点。

2研究背景

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图3和图4所示。

图3双闭环比值控制系统流程图图4双闭环比值控制系统方框图

3研究意义

通过Matlab软件仿真双闭环比值控制系统，从而掌握双闭环比值控制系统的基本概念，组成结构；

通过仿真，掌握双闭环比值控制系统主动量回路和从动量控制回路的参数整定。

掌握工程软件Matlab软件的使用，为将来更深入的学习提供便利。

4研究内容

图5双闭环比值控制系统方框图

在MATLABSIMULINK环境整定双闭环比值控制系统控制参数，其系统方框图如图5所示

原始数据：

（4）主对象广义传递函数为：

（5）从对象广义传递函数为：

具体设计设计内容如下：

5论文组织

按照整定双闭环比值控制系统的过程进行论文组织，每个整定部分都有详细的整定过程，响应曲线，测量参数以及结果分析，若在整定过程中出现问题，均有记录解决方法、体会、经验。

5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数

（1）在Simulink中建立主动量回路闭环系统，在纯比例控制器的作用下给定单位阶跃响应。

如图1所示。

图6主动量回路闭环系统框图

图7输入为单位阶跃响应图8主对象广义传递函数一阶惯性环节设定

图9主对象广义传递函数延迟时间设定

（2）置比例控制器的比例带δ为较大的数值，即比例增益K为较小的数值。

对设定值施加一个阶跃扰动，然后观察系统的响应。

若响应振荡太快，就减小比例带δ；

反之，则增大比例带δ。

如此反复，知道出现衰减比n=4:

1的振荡过程。

记录下此时的比例带（记为），以及响应的衰减振荡周期。

（3）当δ=1.189时，出现衰减比n=4:

1的振荡过程：

如图11所示

图10主动量回路闭环系统框图K=1.189

图11输出为n=4:

1的振荡

比例带：

=1.189

衰减比：

n=（1.2491-0.7810）（0.8979-0.7810）=4.0043

代入衰减曲线法整定计算公式（表1），得PI控制器的参数为（衰减率Ψ=0.75为指标）：

Kp=1δ=1（1.2）=1.189÷

1.2=0.9908

=0.5=0.5×

24=12s

控制规则

控制器参数

δ

TI

TD

P

PI

1.2

0.5

PID

0.8

0.3

0.1

表格1衰减曲线法整定计算公式（Ψ=0.75）

（4）将Kp=0.9908，=12s置入PI控制器中，给定阶跃响应，观察响应。

同时调整参数，知道响应曲线满意为止。

图12整定后的主动量回路闭环系统框图

图13主动量回路阶跃响应

主动量回路性能指标：

超调量

（1.5973-1）1=59.73%

衰减率

（（1.5973-1）-（1.255-1））（1.5973-1）=79%

调整时间

49.194s

结论：

由衰减曲线法整定的PI参数能够得到较满意的性能指标

5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数

（1）如图14所示，对给定的从对象广义传递函数进行单位阶跃响应测试，测取从对象广义过程的比例增益，延迟时间，时间常数；

图14从对象广义过程

图15从对象广义过程开环单位阶跃响应

（2）观察响应曲线，可知系统由自衡能力，且=3；

根据两点计算法公式得延迟时间，时间常数：

;

时间常数:

综上：

=3，，.

（3）由自衡过程的整定计算公式Ψ=0.75（表2），得控制器的PI参数为：

；

比例度：

比例增益：

调节规律

GC（s）

≤0.2

0.2≤≤1.5

3.3τ

0.8T0

2τ

0.5τ

0.81T0

+0.19τ

0.25T1

表2ψ=0.75过程有自衡能力时的整定计算公式

（4）将置入PI控制器中，给定阶跃响应，观察响应。

图16整定后的从动量回路闭环系统框图

图17单位阶跃响应

（1.1747-1）1=17.47%

（（1.1747-1）-（1.0045-1））（1.1747-1）=97.42%

86.44s

此组由响应整定的PI参数控制的系统调整时间过长，衰减率过大，将影响控制的及时性。

5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试

如图18建立双闭环比值控制系统，主，从控制器的PI参数为上述整定的参数,即：

主动量回路控制器：

Kp=0.9908,Ti=12s

从动量回路控制器：

Kp=0.322,Ti=18.7648s

图18双闭环比值控制系统

图19双闭环比值控制系统响应

（主动量每隔100s变化，幅值分别为[31421]）

从响应曲线可以看到：

从动量回路时间常数较大，响应不够及时，且超调量较大，控制控制效果不够理想。

分析原因，主动量回路的响应振荡较剧烈，而从动量回路施加上是一个随动系统，导致从动量回路响应振荡也较剧烈，又因时间常数较大，在设定值变化之前其响应无法到达稳态值。

因此将主动量的比例增益减小，减小振荡程度，对从动量的PI控制参数进行仿佛调整。

最终整定如下参数（图20）：

Kp=0.8,Ti=15s

Kp=0.38,Ti=28s

能够得到较满意的响应（图21）

图20双闭环比值控制系统（调整后）

图21双闭环比值控制系统响应（调整后）

双闭环比值控制系统性能指标：

性能指标

主动量回路

从动量回路

30.16%

4.28%

上升时间

5.035s

25.89s

34.85s

41.6s

5.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验

图22从动量改变10%

图23系统响应（从动量改变10%）

图24系统响应局部放大（从动量改变10%）

图25主动量改变10%

图26系统响应（主动量改变10%）

图27系统响应局部放大（主动量改变10%）

主、从动量分别改变10%,系统没有引起较大超调，且能够快速稳定，抗干扰能力较强。

6双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点

6.1双闭环比值控制与串级控制的区别：

双闭环比值控制与串级控制的区别主要体现在：

双闭环比值控制系统的结构框图如图28所示:

图28双闭环比值控制系统的结构框图

它是由一个定制控制系统的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成。

实现主、从动量的比例配置。

串级控制的结构框图如图24所示：

图29串级控制的结构框图

它是由两个或两个以上的控制器串联组成，一个控制器的输出作为另一个控制的设定值。

比较两个系统框图，可以发现它们最大的区别在于：

串级控制通过加入一个副回路，将主要干扰包含在副回路中，使整个系统能够及时、快速地克服干扰。

串级系统主要应用在单回路通达中容量滞后、延迟较大的系统中。

双闭环比值控制是实现控制两种被控参数按比例配置，引入单回路反馈实现主、从动量回路中对干扰的抑制。

串级控制是为了更好的克服干扰而设计的，双闭环比值控制系统是为了实现控制两种被控参数更好地按比例配置而设计的.

6.2双闭环比值控制的优、缺点

优点：

通过主动量控制回路能够克服主动量干扰，实现主动量的定制控制；

通过从动量控制回路抑制作用于从动量回路中的干扰，从而使主、动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。

缺点：

所用设别较多、投资较高，而且需要防止控制系统中主、从动量控制回路的工作频率过于接近所引发的“共振”，避免系统不能稳定运行。

6.3串级控制的优、缺点

优点：

对进入副回路的二次干扰有很强的抑制能力；

能有效控制通道的动态特性，提高系统的工作频率；

对符合或操作条件的变化有一定的自适应能力。

7总结

8参考文献

[1]郭一楠常俊林赵峻樊晓虹编著.过程控制系统.北京.机械工业出版社.2009.2

[2]郭阳宽，王正林编著.过程控制工程及仿真：

基于MATLABSimulink.北京：

电子工业出版社.2009.4

附录

双闭环比值控制最终整定结果（Simulink图）

毕业论文通用格式分类号：

无锡职业技术学院

毕业设计（论文）

题目（团队课题要注明“团队”二字）

英文并列题目

所在团队

答辩委员会主任主答辩人

二零15年3月

毕业设计（论文）开题报告

毕业设计（论文）任务书

年月日

设计类建议格式一：

封面

开题报告

任务书

摘要、关键词（含中英文）

第一章序言

1.1XXX

1.2XXX

……

第二章XXX工艺设计

2.1XXX

2.2XXX

第三章XXX参数确定及计算

3.1XXX

3.2XXX

第四章XXX夹具设计

4.1XXX

4.2XXX

第N-1章XXX

N-1.1XXX

N-1.2XXX

第N章结论

小结与致谢

参考文献

毕业设计附录目录：

1.机械加工工艺流程图

2.机械加工工艺过程卡

3.机械加工工艺工艺卡

4.机械加工工艺工序卡

5.被加工零件图

6.夹具装配图

7.夹具零件图

8.其他系统图

9.其他原理图

10.零件三维造型图

11.夹具三维造型图

12.设计（作品）实物图

13.设计（作品）实物

14.开题报告

15.专业翻译材料

16.企业证明

17.与企业合作开发的技术服务合同

18.四技服务项目验收表

19.毕业设计（论文）指导记录表

20.毕业答辩评审表

表2毕业设计（论文）评阅教师评价表

表3毕业设计（论文）答辩记录表

表4毕业设计（论文）答辩评价表

表4毕业设计（论文）综合评价表

设计类建议格式二：

第一章绪论

1.1XXX课题的背景及意义

1.2XXX国内外研究现状

1.3XXX技术特点

1.4XXX课题研究的内容

第二章XXX系统的总体设计

2.1XXX系统整体方案设计思路

第三章XXX系统的硬件设计

3.1XXX系统硬件设计思路

第四章XXX系统的电路设计

4.1XXX系统电路设计思路

第五章XXX系统的软件设计

5.1XXX系统软件设计思路

5.2XXX

第六章XXX系统的监控中心设计

6.1XXX系统监控中心设计思路

6.2XXX

第N章总结与展望

小结并致谢

1.XXX系统的总体设计图

2.XXX系统的硬件设计图

3.XXX系统的电路设计图

4.XXX系统的软件设计方框图

5.软件光盘

6.其他系统图

7.其他原理图

8.设计（作品）实物图

9.设计（作品）实物

10.开题报告

11.专业翻译材料

12.企业证明

13.与企业合作开发的技术服务合同

14.四技服务项目验收表

15.毕业设计（论文）指导记录表

16.毕业答辩评审表

论文版面格式：

无锡市机电五金行业市场调查

（三号、宋体、加粗、居中、1.5倍行距）

摘要：

（小五号，黑体）无锡位于长三角地区，近年来机电五金行业发展迅猛。

通过对无锡机电五金市场的调查，从调查目的、调查对象、调查范围、调查方式、调查内容等方面，大致了解了无锡机电五金行业的市场经营的现状、从业人员的现状以及电子商务应用的情况。

（小五号、楷体、单倍行距）

关键词：

（小五号，黑体）机电五金行业；

市场调查；

无锡市（小五号、楷体、单倍行距、分号相隔）

MarketresearchonWuxielectromechanical”体）

Abstract:

（加粗）Havenotintolocatetogrowtriangleregion,themachinegivesorgetsanelectricshockadevelopmentinrecentyearsfastfierce.Passtheinquisitionthattherightnessmachineelectricitymachineelectricityofthemarketconductofpresentconditionandtheappliedcircumstanceoftheelectroniccommerceofpresentcondition,employee.（小五号、TimesNewRoman、单倍行距）

Keywords:

（加粗）Themachineelectricity,Marketresearch,WuxiCity（小五号、TimesNewRoman、单倍行距、英文分号相隔）

一、绪论

（标题1：

无缩进、三号、黑体、1.5倍行距；

日语为“明朝体”，英语等外语用“TimesNewRoman”体）

（一）调查目的

（标题2：

首行缩进2字符、小四号、黑体、1.5倍行距；

受无锡市机电五金行业协会委托，无锡职业技术学院经济管理系于2007年对五金市场经营环境进行了调查。

通过这次调查主要是为了更好的了解该地区的机电五金的市场格局，主要销售的产品，市场的经营状况及产品的需求状况。

目的则是为了能够建立相互关联、相互影响、相互景气的一个机电市场大市场，能够形成一个采购生产、销售配送、物流服务一条龙的一个全国区域性的大市场。

（正文：

首行缩进2字符、小四号、宋体、1.5倍行距；

（二）调查范围

调查的是嘉泰地区及周边、锡沪西路以北、康桥丽景花园以及东绛地区。

一共我们调查了240户商铺，有效问卷是200份。

（见表1）

表1：

调查范围及问卷情况

（表标题：

居于表格上方、居中、小五号、楷体）

地区

走访的数量

被调查者数量

有效问卷

嘉泰市场及周边地区

200户

95户

85份

（表格居中；

表内文字：

五号、宋体、居中、1.5倍行距）

二、机电五金市场现状的描述

（一）市场经营现状

在调查的400家企业当中，愿意接受调查的企业共有200家，包括53家制造企业和147家流通企业。

（见图1

图1：

企业的属性划分表

（图标题：

居于图下方、居中、小五号、楷体）

以下是制造企业和流通企业的基本情况。

1、流通业企业（标题3：

首行缩进2字符、小四号、楷体、加粗、1.5倍行距；

（1）民营企业居多（标题4：

首行缩进2字符、小四号、楷体、1.5倍行距；

三、结论

四、参考文献

页面设置及装订要求：

1、页边距：

上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2cm；

2、装订要求：

左侧装订

参考文献格式

（四号、黑体、无缩进）

参考文献部分字体采用宋体小5号，其著录格式下面分别示例说明：

（专著标注示例）[1]陈浩元.科技书刊标准化18讲[M].北京：

北京师范大学出版社，2000.

（期刊文献标注示例）[2]许强，强力，吴宏亮，等.砂田水热及减尘效应研究[J].宁夏大学学报：

自然科学版，2009，30

（2）：

.

（学位论文标注示例）[3]张永虎.Bα空间上算子逼近[D].银川：

宁夏大学，1997.

（英文期刊标注示例）[4]BANGS.Activeearthpressurebehindretainingwalls[J].JournalofGeotechnicalEngineering,1985,111（3）:

（会议论文标注示例）[5]HELDM，KLOSOWSKIJTJT，MITCHELLJSB.Evaluationofcollisiondetectionmethodsforvirtualrealityflythroughs[C]ProceedingsoftheSenenthCanadianConferenceonComputationalGeometry,Quebec:

Spring,1995:

（专利标注示例）[6]于广云，李宏波.塌陷区抗变形公路路面结构：

中国，ZL.3[P]..

（电子文献标注示例）[7]中国科学院水利部水不保持研究所.黄河流域水文泥沙数据库[DBOL].[].hyduserindex.jsp.

参考文献必须是学生本人真正阅读过，以近期发表的杂志类文献为主，且要与论文工作直接有关，未公开发表的资料请勿引用，参考文献写作格式为：

[序