2、（20分）（用matlab**实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下：
如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数k,t和，并根据这些参数整定pi调节器的参数，用**结果验证之。
解：求响应时间ta和纯延迟时间τ和时间常数。
1.绘出输入/输出的关系曲线。
1）输入程序。
t=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100];
h=[0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3];
plot(t,h);
xlabel('时间t(s)')
ylabel('液位h(mm)')
grid on;
hold on;
图1阶跃响应曲线。
2．在拐点处做切线，与稳态值h=6.3和时间轴都有交点；
3．输入以下指令，取点。
x,y]=ginput(1)
x1,y1]=ginput(1)
x2,y2]=ginput(1)
得到坐标如下。
x = 5.6452
y = 0.0307
x1 = 37.9032
y1 =0.0102
x2 =38.3641
y2 =6.2939
图2取点图
得到纯延迟时间τ=5.6452；时间常数t=37.9032-5.6452=32.258
静态放大系数 k=63
gtext('τ5.6452')
gtext('t=32.258')
gtext('h=6.2939')
得对象的传递函数为：
4用matlab**。
1).pi参数整定。
由柯恩-库恩整定公式可得。
1）比例调节器
2） 比例积分调节器
2)系统**过程。
图3系统**图。
step信号输入设置。
pi参数设置。
传递函数设置。
延迟时间设置。
**波形图。
图4**波形图。
pi参数整定：p=0.08，i=0.002。
图5 pi整定图。
整定之后的波形图。
图6整定之后的波形图。
3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数分别为：，，其中有一个10s的传输延迟，其传递函数为。当延迟环节分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副pid调节器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。
解：一)延时环节在主回路时，采用逐次逼近法整定pid参数，并给出整定后的阶跃响应特性曲线。
1）副回路整定：主回路开环，先整定副回路。按单回路方法整定副控制器，不断的试验，从下图中可知，此时的衰减比约为4：1。
图7系统**图。
p参数设置。
延时时间设置。
传递函数设定。
p=4时，图8系统**波形图。
整定p=3.8之后，图形较为理想。
图9整定之后系统**波形图。
2）主回路整定：主回路闭合，整定主回路。调节主控制器参数，阶跃响应如下图所示：
图10系统**图。
反复实验后 p=2，i=0.1时，图形较为理想。
pi参数设置。
图11**波形图。
二）延时回路在副回路时。
1）副回路整定。
主回路开环，逐步整定副回路，采用逐次逼近法整定pid参数。
图12系统**图。
当p=0.7，i=0.05时图形较为理想。
图13**波形图。
主回路整定：主回路闭合，逐步整定pid
图14 系统**图。
当p=0.54，i=0.04时，图形比较理想。
图15系统**波形图
由上述分析可知，由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，从而大大减少二次扰动对系统的影响。
5、(25分)温度流量解耦控制系统的设计与**。
已知被控对象传递函数为：
调节器传递函数为，采用对角阵解耦法来做。
1）确定解耦调节器的另外两个控制器传递函数。
2）画出温度流量解耦控制系统的系统方框图。
3）画出无解耦调节器的控制系统的系统方框图。
4）用matlab的simulink画出上述两个系统。
5）选pid调节器的参数使解耦控制系统的控制性能较好，并画出系统的单位阶跃响应曲线。
6）观察无解耦控制器时控制系统的耦合现象和有解耦调节器时控制系统的无耦合现象，并说明原因。
解（1）根据对角阵解耦设计要求可得；
则。确定解耦控制器的另外两个控制器传递函数= ,2）画出温度流量解耦控制系统的系统方框图。
3）画出无解耦控制器的控制系统的系统方框图。
4）用matlab的simulink画出系统**图。
1．解耦控制系统的**图。
2.无解耦控制器的控制系统的**图。
5）选pid调节器的参数使解耦控制系统的控制性能较好，并画出系统的单位阶跃响应曲线。
1.解耦系统。
step信号输入设置。
pi参数输入设定。
**波形图。
2无解耦系统。
step信号输入设定。
pi参数和无解耦时相同p1=40，p2=38
**波形图。
6）有解耦解耦网络每相输出只受相应输入的影响，两输入之间没有联系。不带解耦网络每一输出都受到两个输入的影响。原因分析：
（s）=[s)(s)+(s)(s)](s)，带入各参数可得，（s）=0；即调节量uc1(s)对被控量y2(s)没有影响，实现解耦过程。同理可证， uc2(s) 与y1(s)之间也已解除耦合，即调节量uc2(s)对被控量y1(s)没有影响，故该系统已实现解耦。
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