【正文】 畢業(yè)設計論文 基于 MATLAB 的過程控制系統(tǒng)仿真研究 摘 要 水箱和換熱器是過程控制中的典型對象， 本設計主要以水箱液位控制系統(tǒng)和換熱器溫度控制系統(tǒng) 為例， 通過建立數(shù)學模型，確定對象的傳遞函數(shù)。 利用 Matlab 的 Simulink軟件包 對系統(tǒng)進行了仿真研究，并 對仿真結果 進行了深入的分析 。 在水箱液位控制系統(tǒng)中， 通過建立數(shù)學模型以及實驗中對實驗數(shù)據(jù)的分析，分別確定了單 容 、雙 容 、三容水箱對象的傳遞函數(shù)。 在 simulink 軟件包 中 建立了 各系統(tǒng) 的仿真模型。 通過對仿真曲線的研究，分析了 控制器參數(shù)對系統(tǒng) 過渡過程 的影響。 在換熱器溫度控制系統(tǒng)中， 根據(jù)自動控制系統(tǒng)工藝過程 ，利用降階法確定了對象的傳遞函數(shù)。在 軟件包 Simulink 中 搭建了單回路、串級、前饋 — 反饋控制系統(tǒng)模型， 分別采用 常規(guī) 的 PID、實際 PID 和 Smith 預估器 對系統(tǒng) 進行了仿真研究 ， 通過 仿真 曲線的 比較 ，分析了 各 種控制系統(tǒng)的 特點 。 關鍵詞： 過程控制； MATLAB；仿真；水箱；換熱器 Simulation and Research of Process Contro1 System Based on MATLAB Abstract Water 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 transfer function object is defined by setting up the mathematical carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink deeply analyze the result of the simulation. In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a singletank, doubletank, threetank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter poses 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 to the technical process in the automatic control system model of single loop, cascade, feed forwardfeedback 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 pared. Key words: Process Control。 Matlab。 Simulation。 Water tanks。 Heat exchanger 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................................ II Abstract......................................................................................................................................III 第一章 引 言 ............................................................................................................................ 1 過程控制簡介 ............................................................................................................. 1 過程控制的發(fā)展 ......................................................................................................... 1 控制系統(tǒng)仿真的含義 ................................................................................................. 2 矩陣實驗室 Matlab 簡介 ............................................................................................ 2 動態(tài)系統(tǒng)軟件包 Simulink 簡介 ................................................................................. 3 控制系統(tǒng)仿真的一般步驟 ......................................................................................... 4 第二章 過程控制系統(tǒng)概述 ...................................................................................................... 5 過程控制中常見的控制系統(tǒng) ..................................................................................... 5 單回路控制系統(tǒng) .............................................................................................. 5 串級控制系統(tǒng) .................................................................................................. 5 前饋控制系統(tǒng) .................................................................................................. 6 前饋 — 反饋控制系統(tǒng) ...................................................................................... 7 通道特性對控制質量的影響 ..................................................................................... 8 干擾通道特性對控制質量的影響 .................................................................. 8 控制通道特性對控制質量的影響 .................................................................. 8 控制器參數(shù)對系統(tǒng)的影響 ....................................................................................... 10 控制器控制規(guī)律的選擇 ........................................................................................... 10 控制器參數(shù)整定 ....................................................................................................... 11 第三章 液位控制系統(tǒng)的仿真研究 ........................................................................................ 12 單容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 12 單容水箱數(shù)學模型 ........................................................................................ 12 控制方案 ........................................................................................................ 14 單容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 14 雙容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 17 雙容水箱數(shù)學模型 ........................................................................................ 17 控制方案 ........................................................................................................ 19 雙容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 19 三容水箱液位控制系統(tǒng) ........................................................................................... 23 三容水箱的系統(tǒng)建模 .................................................................................... 23 三容水箱的 Simulink 仿真 ............................................................................ 24 本章小結 ................................................................................................................... 25 第四章 換熱器溫度控制 系統(tǒng)仿真研究 ................................................................................ 27 換熱器的數(shù)學模型 ................................................................................................... 27 換熱器構造及工作原理 ....................................................................