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兰州理工大学
《过程控制基础》大作业
院系：电气工程与信息工程
班级：15级自动化一班
姓名：
学号：1505220157
时间：2018年11月22日
电气工程与信息工程学院
《过程控制基础》大作业（2018）
一、系统建模
1.一阶系统建模及仿真
.利用作图法对某液位对象建立一阶惯性加纯延迟的数学模型。设该对象在阶跃扰动量u=20%时的响应实验结果如表1.1所示。给出仿真程序及步骤，针对作图法所
得模型与实验数据模型进行结果分析。
表1.1某液位对象阶跃响应实验数据
t(s)
0
10
20
40
60
80
100
140
180
250
300
400
500
600
h(cm)
0
0
0.2
0.8
2.0
3.6
5.4
8.8
11.8
14.4
16.6
18.4
19.2
19.6
.针对作图法操作随意性大、建模不够精确的缺点，基于表1.1实验数据，采用两点
法建立液位对象数学模型，给出建模过程及仿真程序运行结果。
2.二阶系统建模及仿真
.利用二点法对某液位对象建立二阶惯性加纯延迟的数学模型。设该对象在阶跃扰动
量u=20%时的响应实验结果如表1.1所示。针对上述三种建模结果进行比较分析。
二、单回路控制系统PID控制器设计及仿真
1.P、I、D及其组合控制的设计仿真
.对某典型过程控制系统，其中的控制器为Gc(s)，执行机构和被控过程的串联环节
为Gp(s)，检测与变送仪表为H(s)，则该过程控制系统如图1.1所示。
ryGc(s)Gp(s)
r
y
-
H(s)
图1.1过程控制系统结构图
其中Gp(s)=,H(s)=，针对Gc(s)分别为P、PI、PD、
PID等形式下系统的阶跃响应进行仿真，并进行结果分析。
2.针对过程控制系统如图1.1所示，使用衰减曲线法、临界比例度法进行PID参数整
定，并分析两种方法所得响应的动态特性。
三、串级控制系统设计及仿真
设某工业过程由如下主副被控对象串联而成，
Gp1(s)=,Gp2(s)=。
.利用MATLAB中的Simulink工具建立被控对象的串级控制模型。
.使用衰减曲线法、临界比例度法进行PID参数整定。
.通过模型仿真说明串级控制在抑制扰动二次干扰上较单回路控制的优势。
四、复杂控制系统设计及仿真
已知系统模型对象：G(s)=eτs
,
利用MATLAB中的Simulink工具设计PID控制系统，分别考虑=0，=2，=4三种情况。分析随着过程纯延迟时间的加大，控制系统性能的变化。
利用MATLAB中的Simulink工具建立smith预估控制方法，将PID控制和smith预估控制两种方法的结果进行比较，并分析其控制的优劣。
注：每位同学必须独立完成并上交纸质打印版和电子版。不得抄袭他人作业，或给他人抄袭。
课程结束后两周内上交。
一、系统建模
1.一阶系统建模及仿真
.利用作图法对某液位对象建立一阶惯性加纯延迟的数学模型。设该对象在阶跃扰动量u=20%时的响应实验结果如表1.1所示。给出仿真程序及步骤，针对作图法所
得模型与实验数据模型进行结果分析。
表1.1某液位对象阶跃响应实验数据
t(s)
0
10
20
40
60
80
100
140
180
250
300
400
500
600
h(cm)
0
0
0.2
0.8
2.0
3.6
5.4
8.8
11.8
14.4
16.6
18.4
19.2
19.6
.针对作图法操作随意性大、建模不够精确的缺点，基于表1.1实验数据，采用两点
法建立液位对象数学模型，给出建模过程及仿真程序运行结果。
解：（1）作图法建模及仿真：
①画出阶跃响应曲线且在拐点处做切线的MATLAB程序：
t=[01020406080100140180250300400500600];
h=[000.20.82.03.65.48.811.814.416.618.419.219.6];plot(t,h,r,[40260
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