基于MATLAB的过程控制系统仿真研究毕业设计论文
基于MATLAB的控制系统仿真
科技信息1.引言控制系统仿真是指以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际的控制系统，以计算机为工具对控制系统进行实验和研究的一种方法。
利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真,可以有效地对比各种控制模型与方案,选取并优化相关控制参数,从而对整个控制系统的性能进行优化与提高,尤其是对于一些新型控制理论与算法的研究,进行系统仿真更是必不可少的。
因此，控制系统仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。
M ATLAB 是由美国MathWorks 公司于1984年推出的专门用于科学、工程计算和系统仿真的优秀的科技应用软件。
在其发展的过程中,不断溶入众多领域的一些专业性理论知识,从而出现了功能强大的MATLAB 配套工具箱,如控制系统工具箱（Control System Toolbox ）、模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)、神经网络工具箱(Neural Network Tool-box),以及图形化的系统模型设计与仿真环境(SIMULINK)。
SIMULINK 工具平台的出现,使得控制系统的设计与仿真变得相当容易和直观,成为众多领域中计算机仿真、计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选应用软件。
2.基于MATLAB 的控制系统仿真过程控制系统仿真过程一般可以分为以下几个阶段：控制系统数学模型的建立、控制系统仿真模型的建立、控制系统仿真程序的编写和控制系统仿真实验及结果分析。
2.1控制系统数学模型的建立数学模型是计算机仿真的基础，是指描述系统内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式。
控制系统的数学模型通常是指动态数学模型，自动控制系统最基本的数学模型是输入输出模型，包括时域的微分方程、复数域的传递函数和频率域中的频率特性。
除了输入输出模型之外，表示控制系统的数学模型还有状态空间模型、结构图模型等。
2.2控制系统仿真模型的建立控制系统通常由多个元部件相互连接而成，其中每个元部件都可以用一组微分方程或传递函数来表示。
基于Matlab的过程控制系统仿真实验设计
基于Matlab的过程控制系统仿真实验设计王茜;陈国达;李孝禄【摘要】Aiming at the characteristics of process control system, the simulation experimental teaching of process control system is studied based on the Matlab.The course experiment of process control system is designed based on the Matlab and four examples are given.Besides, the experimental teaching practical process is described by taking the critical proportional method as an example.This experimental teaching method is concise, explicit and strongly operational, which is convenient for the students to practice after class.It can deepen the theoretical knowledge understanding of process control system design and system performance analysis, and improve their operational ability and scientific literacy.%针对过程控制系统课程的特点,利用Matlab软件进行了过程控制系统的仿真实验教学研究和开发,给出了基于Matlab软件的过程控制系统仿真实验方案.设计了4个仿真实验,以临界比例度参数整定法为例,给出了实验教学实践过程.该实验教学方法具有简单明了、可操作性强等特点,方便学生课下练习,能够加深学生对过程控制系统设计及系统性能分析等理论知识的理解,提高学生的动手能力及科学素养.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P119-123)【关键词】过程控制系统;Matlab软件;仿真实验教学;创新能力【作者】王茜;陈国达;李孝禄【作者单位】杭州电子科技大学自动化学院, 浙江杭州 310018;浙江工业大学机械工程学院, 浙江杭州 310032;中国计量大学机电工程学院, 浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】G642过程控制系统是石油、化工、电力等工业生产中以表征生产过程的参数(如温度、压力、流量、液位和成分等)作为被控量,使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统[1-3]。
(完整版)基于MATLAB的系统仿真实验指导书毕业论文
（完整版）基于MATLAB的系统仿真实验指导书毕业论文基于MATLAB的系统仿真实验实验指导书二○ ○ 八年三月说明MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一种基于矩阵的数学与工程计算系统，可以用作动态系统的建模与仿真。
研究系统的结构和参数的变化对系统性能的影响可利用MATLAB强大的计算和作图功能，因此本实验采用MATLAB仿真研究连续控制系统和离散控制系统的性能分析过程。
通过该实验提高学生对控制系统的分析与设计能力，加深对《自动控制原理》课程内容的理解。
该实验教学大纲中只安排了两个学时，本实验的内容比较多，要求同学们参考有关MATLAB应用的书籍利用课后时间完成。
同时可以将MATLAB用于习题的验证和课程的学习中。
仿真实验一、实验目的在研究系统的结构和参数的变化对系统性能的影响时，采用解析和作图的方法比较麻烦，而且误差也大，用MATLAB仿真实现则简单方便，精度高。
本实验采用MATLAB实现控制系统的数学描述、控制系统的时域分析及根轨迹和频率特性分析。
通过该实验，加深学生对系统阶次，型号，参数与系统性能的关系的理解。
二、实验环境在计算机Windows环境下安装好MATLAB6.3以上版本后，双击MATLAB图标或成“开始”菜单打开MATLAB，即可进入MATLAB集成环境。
三、实验原理三、MATLAB应用实例基于MATLAB连续系统的仿真1．拉氏变换和反变换例求的拉氏变换解键入 syms s t;ft=t^2+2*t+2; st=laplace(ft,t,s)运行结果为 st=2s^3+2s^2+2s例求的拉氏反变换解键入 syms s t;Fs=(s+6)(s^2+4*s+3)(s+2); ft=ilaplace(Fs,s,t)运行结果为 ft=32*exp(-3*t)+52*exp(-t)-4*exp(-2*t)2。
求根运算例求多项式的根，再由根建多项式。
解键入 p=[1 3 0 4]; r=root(p) 运行结果为 r=-3.35530.1777+1.0773i 1.7777-1.0773i键入 p=poly(r)运行结果为 p=1.0000 3.0000 0.0000 40000例实现多项式相乘：，并求时的值。
MATLAB控制系统仿真论文
MA TLAB控制系统仿真论文学院：某某某学院姓名：某某某学号：03021218班级： 03081218 电气指导老师：某某某基于Matlab/Simulink的三相桥式半控整流电路的建模与仿真摘要：三相桥式半控整流电路在现代电力电子技术中具有非常重要的作用。
这里在研究半控整流电路理论基础上，采用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立三相桥式半控整流电路的仿真模型，对输出电压、控制角、故障现象以及负载特性进行了动态仿真与研究。
仿真结果表明建模的正确性，并证明了该模型具有快捷、灵活、方便、直观等一系列特点。
关键词：Matlab；整流电路；动态仿真；建模Abstract: Three phase bridge half controlled rectifier circuit plays a very important role in modern power electronic technology.Here in the study of half controlled rectifier circuit based on the theory, simulation model using Matlab visual simulation tool Simulink based three phase half controlled bridge rectifier circuit, and the dynamic simulation and Research on the output voltage, the control angle, faults and load characteristics.The simulation results show that the model is correct, and it is proved that the model is fast, flexible, convenient, intuitive and a series of features.Key word: Matlab; rectifier circuit; dynamic simulation; modeling1 绪论随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。
本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。
我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。
在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。
在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。
通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。
我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。
本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。
基于MATLAB的过程控制系统仿真研究毕业设计论文
毕业设计论文基于MATLAB的过程控制系统仿真研究摘要水箱和换热器是过程控制中的典型对象，本设计主要以水箱液位控制系统和换热器温度控制系统为例，通过建立数学模型，确定对象的传递函数。
利用Matlab的Simulink 软件包对系统进行了仿真研究，并对仿真结果进行了深入的分析。
在水箱液位控制系统中，通过建立数学模型以及实验中对实验数据的分析，分别确定了单容、双容、三容水箱对象的传递函数。
在simulink软件包中建立了各系统的仿真模型。
通过对仿真曲线的研究，分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。
在换热器温度控制系统中，根据自动控制系统工艺过程，利用降阶法确定了对象的传递函数。
在软件包Simulink中搭建了单回路、串级、前馈—反馈控制系统模型，分别采用常规的PID、实际PID和Smith预估器对系统进行了仿真研究，通过仿真曲线的比较，分析了各种控制系统的特点。
关键词：过程控制；MATLAB；仿真；水箱；换热器Simulation and Research of Process Contro1System Based on MATLABAbstractWater tank and Heat exchanger are typical object in the process control in the design,The control system of tank level and heat interchange is used as an example.The transfer function object is defined by setting up the mathematical model.I carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink simulation.and deeply analyze the result of the simulation.In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a single-tank, double-tank, three-tank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter composes on the system is analyzed through the research on the simulation cuvers.In the control system of heat inter change. The design uses reduction method and defines the transfer function of the object.according to the technical process in the automatic system.The control system model of single loop, cascade, feed forward-feedback is established. Simulation research on there system is carried on through using conventional PID, the actual PID and Smith predictor , While the characteristics those control system are compared.Key words: Process Control; Matlab;Simulation; Water tanks; Heat exchanger目录摘要 (II)Abstract (III)第一章引言 (1)1.1 过程控制简介 (1)1.2 过程控制的发展 (1)1.3 控制系统仿真的含义 (2)1.4 矩阵实验室Matlab简介 (2)1.5 动态系统软件包Simulink简介 (3)1.6 控制系统仿真的一般步骤 (4)第二章过程控制系统概述 (5)2.1 过程控制中常见的控制系统 (5)2.1.1 单回路控制系统 (5)2.1.2 串级控制系统 (5)2.1.3 前馈控制系统 (6)2.1.4 前馈—反馈控制系统 (6)2.2 通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.1 干扰通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.2 控制通道特性对控制质量的影响 (8)2.3 控制器参数对系统的影响 (9)2.4 控制器控制规律的选择 (9)2.5 控制器参数整定 (10)第三章液位控制系统的仿真研究 (11)3.1 单容水箱液位控制系统 (11)3.1.1 单容水箱数学模型 (11)3.1.2 控制方案 (12)3.1.3 单容水箱的Simulink仿真 (13)3.2 双容水箱液位控制系统 (16)3.2.1 双容水箱数学模型 (16)3.2.2 控制方案 (17)3.2.3 双容水箱的Simulink仿真 (18)3.3 三容水箱液位控制系统 (21)3.3.1 三容水箱的系统建模 (21)3.3.2 三容水箱的Simulink仿真 (22)3.4 本章小结 (23)第四章换热器温度控制系统仿真研究 (25)4.1 换热器的数学模型 (25)4.1.1 换热器构造及工作原理 (25)4.1.2 被控参量的选择 (25)4.1.3 被控对象的特性 (26)4.1.4 被控对象数学模型的建立 (27)4.2 单回路控制系统 (30)4.2.1 常规PID控制 (31)4.2.2 实际PID控制系统仿真 (33)4.2.3 史密斯(Smith)预估控制系统仿真 (36)4.3 串级控制系统 (38)4.3.1 串级控制系统结构 (38)4.3.2 串级控制系统的PID仿真 (39)4.3.3 串级控制系统的Smith预估控制 (41)4.4 前馈—串级控制系统 (42)4.4.1 换热器前馈—串级控制的数学模型 (42)4.4.2 前馈控制规律的实施 (43)4.4.3 Simulink仿真 (44)4.5 本章小结 (47)结束语 (48)参考文献 (50)致谢 (52)第一章引言1.1过程控制简介过程控制系统是表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与目标 (5)1.4 论文结构安排 (6)2. 控制系统基本原理 (7)2.1 控制系统概述 (8)2.2 线性控制理论 (10)2.3 线性离散控制系统 (11)2.4 系统仿真方法 (12)3. MATLAB控制系统仿真模块设计 (13)3.1 MATLAB环境介绍 (15)3.2 控制系统基本模块设计 (17)3.3 控制策略实现 (18)3.4 仿真界面设计 (20)4. 控制系统仿真案例分析 (21)4.1 单输入单输出系统仿真 (22)4.2 多输入多输出系统仿真 (23)4.3 非线性控制系统仿真 (25)4.4 实际工程应用案例 (27)5. 控制系统性能分析与优化 (28)5.1 控制系统性能指标 (30)5.2 系统性能仿真分析 (32)5.3 性能优化方法研究 (33)5.4 优化效果验证 (34)6. 系统实现及验证 (36)6.1 系统设计实现 (37)6.2 仿真实验与结果分析 (39)6.3 系统测试与验证 (41)6.4 误差分析及解决方案 (42)1. 内容概述本文介绍了控制系统建模的基本理论和MATLAB建模方法，通过实例演示了如何利用MATLAB进行系统建模与仿真，包括线性系统、非线性系统以及多变量系统的建模与仿真。
论文详细阐述了基于MATLAB的控制器设计方法，包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等，通过实例分析了不同控制器的设计过程与应用效果。
本文对控制系统稳定性分析进行了深入研究，包括奈奎斯特准则、Bode图、Nyquist图等分析方法，并通过MATLAB工具箱实现了稳定性分析的自动化。
论文探讨了MATLAB在实时仿真与测试方面的应用，介绍了Simulink仿真平台，并通过实际案例演示了MATLAB在嵌入式系统仿真、硬件在环仿真等场景中的应用。
基于MATLAB的过程控制系统仿真研究毕业设计论文
基于MATLAB的过程控制系统仿真研究毕业设计论文过程控制是工业生产和化工工艺中的重要环节，通过对过程控制系统进行仿真研究，可以为实际生产提供有效的参考依据和优化方案。
基于MATLAB的仿真研究是目前较为常见和有效的方法之一、本文旨在通过对过程控制系统的仿真研究，分析系统的动态响应和稳态性能，以及提出改进方案，为实际生产过程中的过程控制系统优化提供参考。
首先，本文将介绍过程控制系统的基本原理和结构，以及其在工业生产和化工工艺中的应用。
然后，将详细介绍MATLAB在过程控制系统仿真研究中的优势和应用。
MATLAB作为一种功能强大且易于使用的工具，可以快速建立过程控制系统的数学模型，并进行系统的动态仿真和稳态分析。
接下来，本文将分析过程控制系统的动态响应和稳态性能。
通过使用MATLAB进行仿真，可以模拟系统在不同工况下的输出响应，并进行性能评估。
对于动态响应的分析，包括系统的超调量、上升时间、调节时间等参数的计算和比较；对于稳态性能的分析，包括系统的稳态误差、控制精度等指标的评估和优化。
然后，本文将提出改进过程控制系统的方案。
通过对仿真结果的分析和比较，可以确定系统的不足之处，并进一步提出改进方案。
改进方案可以包括系统参数的调整，控制策略的改变，或者增加反馈环节等手段。
通过对系统进行多次仿真，并与原始系统进行比较，可以评估改进方案的效果和优劣，并选择最佳方案进行实际应用。
最后，本文将对仿真结果进行讨论和总结。
通过对仿真结果的分析和评估，可以得出对过程控制系统的改进方案和优化建议。
同时，也可以总结基于MATLAB的过程控制系统仿真研究的优势和应用价值，并对未来的研究方向进行展望。
总的来说，本文旨在通过对基于MATLAB的过程控制系统仿真研究的探讨和分析，为实际生产中的过程控制系统优化提供参考。
通过仿真分析系统的动态响应和稳态性能，提出改进方案，并对仿真结果进行讨论和总结，可以为实际生产过程中的过程控制系统优化提供科学的指导和参考。
基于matlab的自动控制系统的仿真设计
基于matlab的自动控制系统的仿真设计自动控制系统是现代工业、交通、军事等领域中不可或缺的一部分，它可以通过各种传感器和执行器来实现对系统的控制，从而使得系统能够自动地运行，并且在遇到各种干扰和扰动时能够自动地进行调节和控制。
为了更好地研究和设计自动控制系统，我们需要借助于各种软件和工具来进行仿真和设计，其中MATLAB是最为常用的一种工具。
本文将介绍基于MATLAB的自动控制系统的仿真设计。
一、MATLAB的基本介绍MATLAB是一种数学软件，它可以用来进行各种数学计算、数据分析和可视化等操作。
同时，MATLAB还可以用来进行各种工程和科学领域的模拟和仿真，包括自动控制系统的仿真设计。
MATLAB的优点在于它具有较好的可扩展性和灵活性，可以通过各种工具箱和插件来扩展其功能。
二、自动控制系统的基本概念自动控制系统是由各种传感器、执行器和控制器组成的一个系统，它的主要目的是对系统进行控制和调节，使其能够达到所需的状态。
自动控制系统一般可以分为开环控制和闭环控制两种类型。
开环控制是指控制系统中没有反馈回路的一种控制方式，它主要通过输入信号来控制输出信号。
闭环控制是指控制系统中有反馈回路的一种控制方式，它主要通过反馈信号来控制输出信号。
闭环控制相比于开环控制具有更好的稳定性和鲁棒性。
三、自动控制系统的仿真设计自动控制系统的仿真设计是指通过计算机模拟和仿真来对自动控制系统进行设计和优化。
MATLAB是一种常用的自动控制系统仿真工具，它可以通过各种工具箱和插件来进行自动控制系统的仿真和设计。
下面我们将以一个简单的控制系统为例来介绍自动控制系统的仿真设计。
1.控制系统的建模在进行自动控制系统的仿真设计前，我们需要先对控制系统进行建模。
控制系统的建模一般可以分为两种方式，一种是基于物理模型的建模，另一种是基于数学模型的建模。
在本例中，我们将采用基于数学模型的建模方式。
假设我们要设计一个简单的温度控制系统，它的控制目标是使得系统的温度保持在一个稳定的水平。
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及性能评估等方面。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，在控制系统设计与仿真方面有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运动的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模与仿真在MATLAB中，可以利用Simulink工具进行系统建模和仿真。
Simulink是MATLAB中用于多域仿真和建模的工具，用户可以通过拖拽图形化组件来搭建整个系统模型。
同时，Simulink还提供了各种信号源、传感器、执行器等组件，方便用户快速搭建复杂的控制系统模型。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以使系统输出达到期望值。
在MATLAB中，可以利用Control System Toolbox进行各种类型的控制器设计，包括PID控制器、根轨迹设计、频域设计等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器类型，并通过MATLAB进行参数调节和性能优化。
4. 性能评估与优化在控制系统设计过程中，性能评估是必不可少的一环。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师对系统进行性能评估，并进行优化改进。
通过仿真实验和数据分析，工程师可以评估系统的稳定性、鲁棒性、响应速度等指标，并针对性地进行调整和改进。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，我们将以一个简单的直流电机速度控制系统为例进行演示。
首先我们将建立电机数学模型，并设计PID速度控制器；然后利用Simulink搭建整个闭环控制系统，并进行仿真实验；最后通过MATLAB对系统性能进行评估和优化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
毕业设计论文基于MATLAB的过程控制系统仿真研究摘要水箱和换热器是过程控制中的典型对象，本设计主要以水箱液位控制系统和换热器温度控制系统为例，通过建立数学模型，确定对象的传递函数。
利用Matlab的Simulink 软件包对系统进行了仿真研究，并对仿真结果进行了深入的分析。
在水箱液位控制系统中，通过建立数学模型以及实验中对实验数据的分析，分别确定了单容、双容、三容水箱对象的传递函数。
在simulink软件包中建立了各系统的仿真模型。
通过对仿真曲线的研究，分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。
在换热器温度控制系统中，根据自动控制系统工艺过程，利用降阶法确定了对象的传递函数。
在软件包Simulink中搭建了单回路、串级、前馈—反馈控制系统模型，分别采用常规的PID、实际PID和Smith预估器对系统进行了仿真研究，通过仿真曲线的比较，分析了各种控制系统的特点。
关键词：过程控制；MATLAB；仿真；水箱；换热器Simulation and Research of Process Contro1System Based on MATLABAbstractWater tank and Heat exchanger are typical object in the process control in the design,The control system of tank level and heat interchange is used as an example.The transfer function object is defined by setting up the mathematical model.I carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink simulation.and deeply analyze the result of the simulation.In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a single-tank, double-tank, three-tank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter composes on the system is analyzed through the research on the simulation cuvers.In the control system of heat inter change. The design uses reduction method and defines the transfer function of the object.according to the technical process in the automatic system.The control system model of single loop, cascade, feed forward-feedback is established. Simulation research on there system is carried on through using conventional PID, the actual PID and Smith predictor , While the characteristics those control system are compared.Key words: Process Control; Matlab;Simulation; Water tanks; Heat exchanger目录摘要 (II)Abstract (III)第一章引言 (1)1.1 过程控制简介 (1)1.2 过程控制的发展 (1)1.3 控制系统仿真的含义 (2)1.4 矩阵实验室Matlab简介 (2)1.5 动态系统软件包Simulink简介 (3)1.6 控制系统仿真的一般步骤 (4)第二章过程控制系统概述 (5)2.1 过程控制中常见的控制系统 (5)2.1.1 单回路控制系统 (5)2.1.2 串级控制系统 (5)2.1.3 前馈控制系统 (6)2.1.4 前馈—反馈控制系统 (6)2.2 通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.1 干扰通道特性对控制质量的影响 (7)2.2.2 控制通道特性对控制质量的影响 (8)2.3 控制器参数对系统的影响 (9)2.4 控制器控制规律的选择 (9)2.5 控制器参数整定 (10)第三章液位控制系统的仿真研究 (11)3.1 单容水箱液位控制系统 (11)3.1.1 单容水箱数学模型 (11)3.1.2 控制方案 (12)3.1.3 单容水箱的Simulink仿真 (13)3.2 双容水箱液位控制系统 (16)3.2.1 双容水箱数学模型 (16)3.2.2 控制方案 (17)3.2.3 双容水箱的Simulink仿真 (18)3.3 三容水箱液位控制系统 (21)3.3.1 三容水箱的系统建模 (21)3.3.2 三容水箱的Simulink仿真 (22)3.4 本章小结 (23)第四章换热器温度控制系统仿真研究 (25)4.1 换热器的数学模型 (25)4.1.1 换热器构造及工作原理 (25)4.1.2 被控参量的选择 (25)4.1.3 被控对象的特性 (26)4.1.4 被控对象数学模型的建立 (27)4.2 单回路控制系统 (30)4.2.1 常规PID控制 (31)4.2.2 实际PID控制系统仿真 (33)4.2.3 史密斯(Smith)预估控制系统仿真 (36)4.3 串级控制系统 (38)4.3.1 串级控制系统结构 (38)4.3.2 串级控制系统的PID仿真 (39)4.3.3 串级控制系统的Smith预估控制 (41)4.4 前馈—串级控制系统 (42)4.4.1 换热器前馈—串级控制的数学模型 (42)4.4.2 前馈控制规律的实施 (43)4.4.3 Simulink仿真 (44)4.5 本章小结 (47)结束语 (48)参考文献 (50)致谢 (52)第一章引言1.1过程控制简介过程控制系统是表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。
表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。
通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少[1]。
1.2过程控制的发展在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。
在本世纪30 年代就已有应用。
过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个阶段：开始到70 年代为第一阶段，70 年代至90 年代初为第二阶段，90 年代初为第三阶段开始。
其中70 年代既是古典控制应用发展的鼎盛时期，又是现代控制应用发展的初期，90 年代初既是现代控制应用发展的繁荣时期，又是高级控制发展的初期。
第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith 预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。
这与当时生产水平是相适应的。
第二阶段是发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。
这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。
这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。
1975 年，世界上第一台分散控制系统在美国Honeywell 公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。
分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。
由于采用了分散结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好的人—机界面和故障检测报告功能。
经过20 多年的发展，它已日臻完善，在众多控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。
第三阶段是高级阶段，目前正在来到[2]。
1.3控制系统仿真的含义控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验，目的是通过试验进行系统方案论证，选择系统结构和参数，验证系统的性能指标等．如果这种试验是在计算设备上实现的，就称为计算机仿真[3]。
1.4矩阵实验室Matlab简介矩阵实验室(MATLAB)语言是Mathworks公司于1982年推出的，它集数值分析、信号处理、系统控制和图形处理于一体，构成了一个方便的界面友好的用户环境。
在我国，自动控制领域已广泛地应用这种语言。
1992年的Math Works公司推出了交互式模型输人与模拟环境动态系统软件（SIMULNK），使得MATLAB 在自动控制系统领域的应用得到很大发展。
一种语言之所以能迅速的普及。
显示出如此旺盛的生命力，MATLAB有其不同于其它语言的特点。
与C、Fortran、Pascal等高级语言相比。
MATLAB不但在数字语言的表达与解释方面表现出人—机交互高度一致。
还具有如下特点：(1)超强的数值运算功能在MATLAB环境中，有超过500种的数字、统计、科学及工程方面的函数可供使用，而且使用简单快捷；(2)强大的数据可视化功能MATLAB的图形功能使用户可以进行视觉数据处理和分析；(3)开放的架构和可延拓的特性(除内部函数外) 所有MATLAB主包文件和各工具包都是可读可改的源文件，用户可以检查算法，修改现在函数。