过程控制工程实验报告

成绩_过程控制工程实验报告 班级： 自动化10-2 姓名: 曾鑫 学号： 10034080239 指导老师：康珏 实验一 液位对象特性测试(计算机控制)实验一、实验目的通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法，测量时应注意的问题，对象模型参数的求取方法。二、实验项目1. 认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。2. 测试上水箱的对象特性。三、实验设备与仪器1. 水泵2. 变频器3. 压力变送器4. 主回路调节阀5. 上水箱液位变送器6. 上水箱7. 牛顿模块（输入和输出）四、实验原理1.实验系统的流程图和方框图见图2-1-a和图2-1-b。图2-1-a图 3-6- b 上水箱特性测试（计算机控制）系统框图图 3-6- c 计算机控制恒压供水系统框图图 2-1- b 上水箱特性测试（计算机控制）系统框图2. 对象特性参数的求取:1)放大倍数K的求取 式中： 调节器输出电流的变化量调节器输出电流的上限值调节器输出电流的下限值被测量的变化量被测量的上限值被测量的下限值2) 一阶对象传递函数K广义对象放大倍数（用前面公式求得）广义对象时间常数(为阶跃响应变化到新稳态值的63.2%所需要的时间)广义对象时滞时间(即响应的纯滞后，直接从图测量出)五、注意事项1 测量前要使系统处于平衡状态下，反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算出纯滞后时间。测量与记录工作必须2 所加扰动应是额定值的10%左右。六、实验说明及操作步骤1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。2.将上水箱特性测试（计算机控制）所用实验设备，参照流程图和系统框图接好实验线路。3.确认接线无误后，接通电源。4.运行组态王，在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验”，点击实验选择按钮，选择一阶液位对象。5.手动/自动将按钮切换到手动，点击PID设定按钮设定系统的输入信号值，点击实时曲线按钮观察输出曲线。6.在PID设定中，点击u（k），设定一数值使系统液位处于某一平衡位置（设定的数值过大会影响系统稳定所需的时间）。7.改变u（k）输出，给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间)，使系统的输出信号产生变化，上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。8.点击历史曲线按钮，观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。9.改变u（k）输出，给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号，使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。10.点击历史曲线按钮，观察计算机中上水箱液经的反向阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。11.曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格2-1。表2-1 阶跃响应曲线数据处理记录表 参数值测量情况液位KTo正向输入305.52.4反向输入355.42.2平均值32.55.452.37、 实验报告八、思考问题1. 本实装置液位测量利用的是什么原理？答: 本实验液位测量用的是差压变送器，通过压力平衡原理来测量液位；2. K、T、的改变对控制过程各有什么影响？答：K、T、的改变对控制过程的影响是：K变大，误差变小，T增大，产品质量变差，变大，产品质量变差；3. 为什么压力变送器输出到调节器时要并接250的电阻？答：差压变送器的信号输出为420mA，将输出的电流信号变为15V的电压信号输入到调节器，因此要并接一个250的电阻。 实验二 压力控制系统PID参数整定实验【实验目的】1、 熟悉单闭环控制系统的特点、组成及工作原理。2、 熟悉控制器PID参数对过渡过程的影响。3、 掌握单闭环控制系统的设计及控制器参数整定方法。4、 培养学生对检测系统的综合应用能力。5、 通过理论联系实际，加强对学生实践动手能力和开发创新能力的培养。【实验原理图】【实验内容】1 按压力单闭环控制系统接线图接好实验导线2 检查接线无误后接通总电源和各仪表电源。将面板上的变频器内/外控开关打到外控端。3 PID参数的整定整定的方法可用单回路整定时的经验凑试法、衰减曲线法、反应曲线法等，内容看课本P52-P55，可任选一种方法。【实验说明及操作步骤】1打开计算机组态王软件的工程管理器，选中“压力单闭环控制实验”，点击运行，进入压力控制实验界面。2点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状态，点击“PID设定按钮”，调出PID设定界面。3将整定所得PID参数值置于控制器中，观察压力变化的曲线，调整参数观察计算机控制的效果。待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其压力的变化曲线，不断改变控制参数，直至过渡过程曲线符合4：1的要求为止。4. 对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格中。衰减曲线控制器参数记录表 数据控制器原实验数据查表计算值最终整定值1 / %T1 / min / %Ti / min终/ %Ti终/ min控制器参数403653453【注意事项】1 注意变频器外控开关一定要置于外控端才能接受控制信号的输入。2 牢记本次实验的接线方法，在以后的实验中用到的恒压供水就是按本次实验的接法。【数据记录与处理】参数 测量情况压力1K1T11阶跃150728阶跃2501075平均值5088.56.5【实验报告内容】 实验题目 实验目的 实验设备 实验原理 控制流程图 参数整定测试数据 简单设计过程【思考问题】1进行控制系统投运和整定之前，应做好哪些准备工作？答： 1、熟悉有关主辅设备运行情况以及它们对控制品质要求；应掌握控制系统的设计意图和具体结构；应了解和熟悉系统中各类自动化仪表，操作熟练。 2、自动控制装置的校验和确定仪表静态配合。 3、自动控制系统的线路检查，按控制系统设计图纸，仔细检查系统各组成部分的安装与连接情况。曲线图 :16实验三 上水箱液位和流量串级系统(计算机控制)一、实验目的1通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、副被控参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路。2通过实验掌握串级控制系统的特点、串级控制系统的设计，掌握串级控制主、副控制回路的选择。掌握串级控制系统参数整定方法，并将串级控制系统参数投运到实验中。二、实验项目1掌握串级控制系统的组成及特点并连线构成一个液位-流量串级控制系统。2将上述串级控制系统投入自动。3对该系统进行调节器参数整定，使系统的阶跃响应出现4：1衰减比。三、实验设备与仪器1水泵2压力变送器3变频器4牛顿模块（输入、输出）5上水箱液位变送器6流量计7调节阀四、实验原理1上水箱液位和流量串级控制系统的控制流程图和系统框图见图5-1-a和图5-1-b。图5-1-b 上水箱液位和流量串级控制系统框图(计算机控制)图5-1-a图5-1-a2对串级控制系统的参数整定应采用先副后主的整定方法，或将副调节器的参数按经验给定，再对主回路进行一步整定，步骤参考下面内容。整定的方法可用单回路整定时的经验凑试法、衰减曲线法、反应曲线法等。串级控制系统参数的整定（1） 两步整定法第一步：整定副回路的控制器参数；第二步：整定主控制器参数。 在系统工作状况稳定，主、副回路均闭和的条件下，将主控制器比例度置于100，积分时间给到最大，微分时间给到最小。然后按4：1整定方法直接整定副回路，待观察到4：1的振荡过程时，记下此时的比例度2，及振荡周期T2。 将副控制器的比例度固定在2，积分时间给到最大，微分时间放到最小。用同样的方法整定主回路，直至主参数出现4：1衰减振荡过程，记下此时的比例度1，及振荡周期T1。 将按上述步骤求出的1，T1，2，T2按所用的4：1衰减曲线法求出主、副控制器的参数。 按“先主后副，先比例再积分后微分”的原则，将计算得到的控制器参数置于各控制器上。 观察记录曲线，如不够满意，可适当进行微小调整，直至曲线符合要求为止。（2） 一步整定法根据经验将副控制器参数一次过给定，然后按单闭环系统的方法整定主控制器参数。 在稳定工作条件下，按下表选好副控制器参数。副参数比例度 2放大倍数 K2温度206051.7压力307031.4流量40802.51.25液位208051.25 利用单回路控制系统的任一种整定方法来整定主控制器参数。 观察过渡过程曲线，根据K值匹配原理，适当调节主控制器的参数，使主控制器的控制精度达到要求。 如果系统出现振荡，只要加大主、副控制器的任一个比例度，即可消除。五、注意事项1加干扰应在系统稳定的前提下进行。2组态王软件中，下标为1的是副回路参数，下标为2的是主回路参数。六、实验说明及操作步骤1打开计算机组态王软件的工程管理器，选中“串级实验”，点击运行，进入串级实验界面。2点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状态，点击“PID设定按钮”，调出PID设定界面。3投入参数，观察液位和流量的曲线，调整参数观察计算机控制的效果。待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。4再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察下水箱液位变化的曲线。七、实验报告1根据实验结果编写实验报告。2按4：1衰减曲线控制器参数计算表填写表格中的数据5-1 衰减曲线控制器参数计算表 数据控制器实验数据查表计算值最终整定法S / %Ts / min / %Ti / min终/ %Ti终/ min主控制器109993060048800副控制器1530043300533503整理并附上记录仪的下列过渡过程曲线：（1）整定副调节器时得到的4:1衰减曲线。（2）整定主调节器时得到的4:1衰减曲线。（3）主副调节器参数整定后，干扰作用于上水箱中，主变量H1的过渡过程曲线。（4）主副调节器参数整定后，干扰作用于流量中，主变量H1的过渡过程曲线。 实验四 流量比值控制系统(计算机控制)一、实验目的1通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成。2掌握比值系数的计算，掌握比值控制系统的参数整定。二、实验项目1掌握比值控制系统的组成及特点并连线构成一个比值控制系统。2将上述控制系统投入自动。3对该系统进行调节器参数整定。三、实验设备与仪器1水泵2压力变送器3变频器4主回路调节阀、主回路流量计5副回路调节阀、副回路流量计6比例器7牛顿模块（输入、输出）8上水箱、中水箱四、实验原理图6-1-a1流量比值控制系统的控制流程图和系统框图见图6-1-a和图6-1-b。 图6-1- b 流量比值控制系统框图（计算机控制） 2比值系数的计算当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0QMAX时，变送器对应的输出电流为420毫安。任一瞬时流量Q对应的变送器输出电流信号为：I = Q/QMAX16 mA + 4 mA则主副流量变送器的输出电流信号为： I 1=Q1/Q1MAX16 mA + 4 mA I 2=Q2/Q2MAX16 mA + 4 mA主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：I2 = KcI 1Kc为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 k= Q 2/ Q1时，可得：五、注意事项1本实验需要设置的参数如下： KP=3 （参考值）（比例增益）Ti=18 （参考值）（积分时间 秒）Td=0 （参考值）（微分时间 秒）Sp （计算机控制给定值）U（k） （计算机输出值）PV2 （主流量检测值）PV （副流量检测值）Kc （比值系数）2本实验需要恒压供水。比值：0.5比值：1实验五 控制阀流量特性测试【实验目的】1. 认识实验装置，了解电动控制阀的工作原理；2. 掌握对象模型参数的求取方法。【实验原理】 电动控制阀是受输入电流（420mA）控制开度，并有阀位反馈电流（420mA）输出。调节阀流量特性测试实验原理图【实验内容】1 按附图调节阀特性测试实验接线图将实验导线接好。将控制器的Sn参数设为33 diL 参数值设为0，diH设为100。2 检查接线无误后，接通总电源、各仪表电源。3 设置调节器于手动状态（run0），改变手动给定输出值 10、20、30100分别记录调节器的输出电流和流量计的流量。4 用电流作为横坐标、流量作为纵坐标，画出特性曲线图。【注意事项】1. PID参数设置的不正确电动阀会急促的来回转动，这种转动对电动阀很不利，一旦发现这种现象应立即将阀位控制线拔下，并检查PID参数的设置和其他部分的接线。【思考问题】1. 根据流量特性来划分，常用的控制阀分为哪几种，分别有什么特点？根据实验结果判断设备使用的控制阀属于哪一种？答：快开、线性、等百分比三种控制阀；快开阀特点：阀杆小的变化量即可使得阀门开度变大；线性阀特点：直线特性的定义是调节阀相对流量的变化与阀门相对开度的变化成正比；等百