太原理工过程控制实验：模型建立与参数整定

资源摘要信息:"太原理工大学过程控制系统实验" 过程控制系统是自动化和控制领域中的一个重要分支，主要研究如何利用计算机或其他控制设备对生产过程、制造过程或连续运行的物理系统进行有效的监控和调节，以实现预期的性能目标。太原理工大学开设的过程控制系统实验课程，是该领域教育和实践的重要组成部分。 实验课程中的两个核心主题是《实验法建立被控过程的数学模型》和《串级控制系统的参数整定》。 一、实验法建立被控过程的数学模型 建立数学模型是进行过程控制的基础，它涉及到对实际工业过程或物理系统的数学抽象和描述。实验法是指通过设计和执行一系列实验来获得过程的动态响应数据，然后利用这些数据通过数据拟合或系统辨识的方法来建立系统的数学模型。该实验通常包括以下几个步骤： 1. 设计实验方案：确定输入信号（如阶跃信号、正弦信号等），并设定实验参数（如幅值、频率等）。 2. 实施实验：在实际系统或仿真环境中执行实验，并记录系统的输出响应。 3. 数据采集：收集输入信号和输出响应的数据，通常需要使用数据采集设备。 4. 数据处理与分析：运用统计学和系统辨识技术对收集到的数据进行处理，从而提取系统的动态特性。 5. 建立数学模型：根据分析结果，建立系统的数学模型，如传递函数、状态空间模型等。 6. 验证模型：将建立的数学模型在模拟环境或实际系统中进行验证，确保模型的准确性和实用性。 实验法建立数学模型的过程控制系统实验要求学生掌握系统辨识的基本概念和方法，了解如何通过实验手段获取系统动态特性，并能够熟练运用相关软件（例如MATLAB）进行数据处理和模型建立。 二、串级控制系统的参数整定 串级控制系统是一种常见的控制结构，它由两个或多个控制器组成，其中主控制器输出作为从控制器的设定点。串级控制系统的设计目的是提高系统的控制性能，特别是在响应速度和抗干扰能力方面。参数整定是串级控制系统设计中的关键步骤，包括确定各个控制器的参数，以确保系统的稳定性和快速达到控制目标。 串级控制系统参数整定的过程通常涉及以下几个环节： 1. 确定控制方案：根据被控过程的特性和控制要求，选择适当的控制结构和控制算法。 2. 单回路控制器参数整定：首先对内环（从控制回路）进行参数整定，通常使用经典控制理论中的Ziegler-Nichols方法、Cohen-Coon方法等。 3. 外环控制器参数整定：在内环参数确定后，对外环（主控制回路）进行参数整定，确保外环能够有效地跟踪设定点的变化。 4. 系统性能评估：在整定参数后，需要对串级控制系统进行模拟和实际测试，评估系统的性能，如稳定性、响应速度、抗干扰能力等。 5. 调整与优化：根据性能评估结果对控制器参数进行微调，以达到最佳的控制效果。 在太原理工大学的过程控制系统实验中，学生将通过MATLAB等软件工具进行串级控制系统的设计与参数整定，从而深入理解控制理论在实际应用中的过程。 标签"过程控制系统 matlab"说明，在进行这些实验时，MATLAB软件将是一个重要的工具。MATLAB提供了丰富的控制工具箱（Control System Toolbox），学生可以利用这些工具箱来模拟系统动态，设计控制器，并进行参数整定。此外，MATLAB还提供了Simulink模块，这是一个基于图形化的多域仿真和模型设计软件环境，使得用户可以直观地构建系统模型并进行动态仿真。 压缩包子文件的文件名称列表中仅提供了一个简短的描述"过控实验"，这意味着该压缩文件可能包含了相关实验的数据、程序代码、操作说明和报告模板等内容。学生可以通过解压文件来获得这些资源，并利用它们来进行过程控制系统的模拟实验和学习。