热工控制系统 - 实验二--单回路控制系统参数整定

实验二 单回路控制系统参数整定

一、实验目的

1、了解被控对象的特性对控制系统控制品质的影响。

2、掌握不同调节规律的调节器（P、PI、PID）对控制系统控制品质的影响。

3、熟悉MATLAB软件中Simulink工具箱的使用方法及在控制系统设计仿真中的应用。 4、掌握单回路控制系统中不同调节规律的调节器的参数整定方法。

二、Simulink工具箱简介

1、Simulink工具箱的启动与主要模块介绍

启动MATLAB软件，在主程序窗口中点击“Simulink按钮”，可以打开Simulink工具箱的主窗口，如下图所示：

Simulink按钮

图1－1 MATLAB主程序窗口

新建按钮 功能模块组列表 图1－2 Simulink工具箱主窗口 功能模块 在Simulink工具箱的主窗口中点击“新建按钮”，可以打开一个未命名的Simulink控制系统仿真界面，在界面中可以如图1－3所示：

图1－3 未命名的Simulink控制系统仿真界面

在上图所示的界面中可以根据需要，使用Simulink工具箱中的各功能模块组成控制系统方框图，对控制系统进行仿真研究。本次实验中用到的主要功能模块如下： ? 增益模块（Gain）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功 能模块组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的增益模块（Gain）并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可以得到一个增益模块（Gain）。单击增益模块（Gain）下方的模块名称“Gain”，可以对其名称进行修改，双击增益模块（Gain），可以打开增益模块（Gain）的参数设置对话框如下图所示：

增益值

图1－4 增益模块（Gain）参数设置对话框

增益模块（Gain）的功能为将输入值与增益值相乘，并将乘积输出，在对话框中可以对增益值Gain进行修改。 ? 加（减）法模块（Sum）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功 能模块组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的加（减）法模块（Sum）

并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可以得到一个加（减）法模块（Sum）。双击加（减）法模块（Sum），可以打开加（减）法模块（Sum）的参数设置对话框如下图所示：

模块形状 下拉菜单 运算符号

图1－5 加（减）法模块（Sum）参数设置对话框

加（减）法模块（Sum）的功能为对两个输入数值进行加（减）法运算，并将计算结果输出。此模块在初始状态下对两个输入值进行加法运算，在参数设置对话框中把第二个“+”改为“－”，可以把模块切换到减法运算。在运算符号框中增加新的“+”或“－”，可以使加（减）法模块（Sum）对多个输入值进行运算。

通过参数设置对话框中的模块形状下拉菜单，可以将加（减）法模块（Sum）的形状由默认的圆形改为矩形。 ? 积分运算模块（Integrator）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模 块组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的积分运算模块（Integrator）并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可以得到一个积分运算模块（Integrator），其功能为对输入值进行积分运算，并将计算结果输出。 ? 微分运算模块（Derivative）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模 块组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的微分运算模块（Derivative）并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可以得到一个微分运算模块（Derivative），其功能为对输入值进行微分运算，并将计算结果输出。 ? 一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Continuous功能模 块组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn）并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可以得到一个一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn）。双击一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn），可以打开其参数设置对话框如下图所示：

放大系数矩阵 分母多项式 系数矩阵

图1－6 一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn）参数设置对话框

在参数设置对话框中，放大系数矩阵中的数值代表模块传递函数分子项的放大系数；分母多项式系数矩阵中第一个元素代表模块传递函数分母中s项的系数，第二个元素代表分母中的常数项，如将放大系数矩阵改为[0.5]，将分母多项式系数矩阵改为[20 3]，则修改后的一阶惯性环节仿真模块（Transfer Fcn）如下：

? 阶跃信号输出模块（Step）

在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Sources功能模块 组，会在窗口右边出现对应的各功能模块，用鼠标选择其中的阶跃信号输出模块（Step）并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中，即可得到阶跃信号输出模块(Step)。双击阶跃信号输出模块（Step），可以打开其参数设置对话框如下图所示：

阶跃信号 发生时间 阶跃信号 初始值 阶跃信号 最终值

图1－7 阶跃信号输出模块（Step）参数设置对话框