控制系统设计与实现报告

北京科技大学

控制系统设计与实现

实践报告

班级：

专业：智能科学与技术

设计人（学号）：

组员（学号）

***师：**

完成日期：2017 年7 月13 日

教师评语

目录

1 实践任务书 (1)

1.1 实践目的 (1)

1.2 实践内容及要求 (1)

1.3 报告要求 (2)

1.4 进度安排 (2)

1.6 分组情况 (3)

2 设计要求 (4)

3 系统介绍 (4)

3.1 系统简介 (4)

3.2 对象系统介绍 (4)

3.3 系统主体结构介绍 (5)

4 实验建模研究 (6)

4.1 实验建模理论基础 (6)

4.2 单容水箱液位控制实验建模 (7)

4.3双容水箱液位控制实验建模 (7)

4.4 试验建模结果分析 (8)

5 Matlab仿真研究 (9)

5.1 模型计算 (9)

5.2 PID控制仿真研究 (10)

6单闭环水箱PID控制 (10)

6.1液位控制 (14)

6.1.1实验步骤 (14)

6.1.2结果分析 (19)

6.2流量控制 (20)

6.2.1实验步骤 (20)

6.2.2结果分析 (20)

6.3压力控制 (21)

6.3.1实验步骤 (21)

6.3.2结果分析 (21)

7 流量液位串级控制 (22)

7.1实验步骤 (22)

7.2结果分析 (23)

8实践总结 (25)

8.1 目标，过程，结果等分析 (25)

8.2对实践的收获，要求和建议 (25)

1 实践任务书

1.1 实践目的

单容水箱液位模型测试：

1）熟悉本套系统，明确应该如何进行本次实验

2）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线

3）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法确定其参数4）了解单容水箱液位单闭环控制系统构成

水平（垂直）双容水箱液位模型测试

1）掌握水平与垂直双容水箱液位模型的调试方法

2）熟悉双容水箱的数学模型及相应曲线

单容水箱液位PID控制

1）通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。

3）研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。

4）定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。

单容水箱压力PID控制

1）通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

单容水箱压力PID控制

1、熟悉本套系统，明确应该如何进行本次实验

2、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线

3、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法确定其参数。

4、熟悉利用MATLAB建立系统数学模型的方法。

5、学会利用MATLAB/Simulink对系统建模的方法。

6、熟悉并学会稳定边界法。

7、熟悉并学会PID参数的自整定法。

8、较为深刻理解液位PID单回路控制的原理，并掌握PID相关参数的设定方法。

1.2 实践内容及要求

分析单容水箱液位单闭环控制系统构成，设计、调试单容水箱液位PID控制。

单容水箱液位模型测试；水平（垂直）双容水箱液位模型测试。

单容水箱流量PID控制实验；单容水箱压力PID控制实验。

设计调试双容水箱液位、压力单闭环控制系统

流量-液位串级控制系统

自行设计并调试闭环液位控制系统程序。

1.3 报告要求

1）参照《自动控制系统设计与实现报告模板》撰写

2）详细写明设计思路，流程图，测试结果及分析论证

3）认真撰写心得体会及建议（其中包括对于课程改进）

4）标注主要参考文献

1.4 进度安排

6月26日-7月2日

学习A1000小型过程控制系统实验指导书；

学习西门子可编程控制器S7-200/S7-300；学习组态王6.53.

7月3日明确设计任务，熟悉简单控制系统的硬件设计。

结合A1000小型过程控制系统实验指导书及具体实验设备，进一步

熟悉系统构成，系统中各部件功能，绘制完整的系统配电图。

7月4日单容水箱液位模型测试；水平（垂直）双容水箱液位模型测试。

7月5日分析单容水箱液位单闭环控制系统构成，设计、调试单容水箱液位PID控制。

7月6日继续研究单闭环控制系统构成，研究系统设计、调试方法。

单容水箱流量PID控制实验；单容水箱压力PID控制实验。

7月7日了解垂直、水平双容水箱系统构成，

设计调试双容水箱液位、压力单闭环控制系统

7月10日流量-液位串级控制系统；参考设备现有上、下位机程序，

自行设计并调试闭环液位控制系统程序。

7月11日同第六次课内容

7月13日提交报告，现场PPT讲解，答辩考核；

1.5 考核办法

平时成绩30%+报告成绩40%+答辩成绩30%

平时成绩：考勤、时间过程与能力评定

答辩成绩：调试方法、运行结果的PPT展示及现场回答问题报告成绩：每位同学提交一份时间报告

1.6 分组情况