东华大学过控实验报告

1、实验一 （1）LabView 基础程序设计1实验目的：熟悉LabVIEW软件的基本编程环境。掌握前面板窗口和程序窗口的应用方法，了解图形化程序设计环境下条件、选择、顺序结构的表示和常用数据类型的操作。2实验内容：建立自己的虚拟仪器项目文档（.lvproj文件），在其中建立两个VI文档，分别实现任务（1）、（2）、（3）的要求。任务（1）：设计简易计算器，实现“×÷”的计算。在“数值A”、“ 数值B”框中输入实数，点击“运算”按钮同时完成两数的“×÷”运算，并显示结果。点击“退出”按钮结束程序运行。图 1.1.1 前面板图 1.1.2程序面板程序流程图开始

2、是否按停止按钮？是否提示用户重新输入 输入A和B 点击确定按钮结束B不为零否是计算并显示结果问题及解决 如何处理除数B为0时？解决：将B的值作为循环的一个条件，B不为0时，正常进行运算；B为0时，不进行运算， 并提醒用户重新输入。任务（2）：数组操作图1.2.1 前面板图1.2.2程序面板程序流程图开始是是否按停止按钮？否结束输入数组数组操作并显示问题及解决软件中的随机数为0-1，如何输出10-100？解决：将输出随机数乘以90，再加上10，可以得到10-100的随机数。任务（3）：周期信号的产生和显示图1.3.1前面板图1.3.2程序面板程序流程图开始是否按停止按钮？是否结束通过累加得到部分

3、三角波，持续100ms保持原波形100ms通过递减得到另部分三角波，持续100ms保持原波形100ms问题及解决1 如何得到累加的值、递减的值，如何保持？解决：用幅度上线除以累加点的个数，可以得到累加的值。 累加值为0时，即为保持状态。 递减值与累加值一致。2 如何保存上一次的累加结果？解决：使用寄存器。实验二 一阶惯性环节的仿真实验目的：了解利用对象数学模型在LabView环境设计仿真程序的方法。实验要求：创建一个VI程序，此VI要设计一个一阶惯性环节的仿真对象，并在阶跃输入情况下显示其的输出响应的波形和实时数据。要求阶跃信号幅度、仿真对象的参数可设置。图2.1 前面板图2.2 程序面板实验

4、三 信号采集和处理实验目的：了解NI公司DAQ硬件和LabView软件配合进行数据采集（DAQ）操作的基本方法。实验要求：利用NI-6009数据采集卡和LabView软件配合实现交流信号的采集和处理，要求测量交流信号的周期、频率、幅值，显示采集的信号波形和数据，并将数据保存到电子表格中。实验设备和实验系统结构：NI USB-6009多功能数据采集卡，传感器实验台，PC机采样VI运行时前面板的屏幕截图：图3. 1 前面板包含数据存盘功能的子VI程序窗口：图3.2 程序面板数据保存的实现：采用方法一，利用函数选版中的“文件IO”功能的相关图标，保存处理采样数据获得的数组。将采样完成生成的波形数据利

5、用“写入电子表格”模块，令“输出多行数据”为“1”，输出为exile电子表格，在前面板添加路径按钮，表格保存到指定路径。实验四 过程控制仿真实验实验目的：熟练掌握过程控制系统调节器参数整定的一般方法。实验设备：计算机，仿真软件实验要求：根据给定的对象传递函数设置仿真模型参数，完成单回路、串级、前馈控制系统的调节器参数整定，使控制系统调节过程的衰减率约为0.75（衰减比4：1）。单容系统：ZK: G(s)=0.5e-s Go(s)=1.6/(10s+1)e(-2s)图 4.1.1 对象特性测定曲线根据参数，PID估算表得：P =110% I=1.95s D=1.95s得到的过渡过程曲线为：图 4

6、.1.2 数据曲线窗口图 4.1.3 调整后的曲线实际使用的PID参数：P=107% I=2.5s D=2.5s双容系统：ZK: G(s)=1 副对象：Go1(s)=1.2/(3s+1)e(-s) 主对象Go2(s)=1.2/(12s+1)e(-2s)图 4.2.1 对象特性测定曲线特性参数如图所示。根据参数，得：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s得到的过渡过程曲线为：图 4.2.2 数据曲线窗口图 4.2.3 调整后的曲线实际使用的PID参数：P=185% I=4.4s D=4.4s串级系统：ZK: G(s)=1 副对象：Go1(s)=1.2/(3s+1)e(-s)

7、主对象Go2(s)=1.2/(12s+1)e(-2s)图 4.3.1 对象特性测定曲线特性参数如图所示。根据参数，PID估算表得：主对象：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s副对象：P=165.6% I=0.6484s D=0 得到的过渡过程曲线为：图4.3.2 过渡过程曲线图 4.3.3 调节后的曲线调节后的主副对象参数为：副对象：P=160% I=1.2s D=无主对象：P=168% I=4.2s D=4.2s 实验七 被控对象特性测试和单回路控制系统整定一、实验目的1. 掌握对象特性的阶跃响应的工程测试方法，记录相应液位的阶跃响应曲线和数据。2. 根据实验得到的液位

8、阶跃响应曲线，学会用两点法和图解法估算对象的参数，确定被测对象的传递函数。3. 了解单闭环液位控制系统的结构与组成。4. 掌握单闭环液位控制系统调节器参数的整定。5. 研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。二、实验设备THJ-2型高级过程控制系统实验装置， 计算机及相关软件。对象特性测定的过渡过程的曲线和数据1、两点法的计算分析过程：T=2(t0.63-t0.39) =2t0.39-t0.63 K=dh智能调节仪参数40变化至43起始点 平衡点时间 20:36:29 21:22:49液位检测值1.112.3t0.39=355(s)t0.63=780（s）Kp=25.4=2 t0.39

9、- t0.63=355*2-780=-70<0 为负！原因分析：下水箱为大水箱，时间常数过大，难以找到平衡的时间点。导致值为负的原因就是没有找到正确的平衡点。处理方法：用经验试凑，令=20，PID估算表中比值选择最小比值X=0.1P=139*Kp=35.3 I=10D=102、执行闭环调节控制时的过渡过程的曲线、数据和对应的调节器参数:最终PID参数：P=40I=20D=20闭环控制曲线（设定值为10）：4.控制效果分析衰减比为6.4：1.6=4:1 满足要求 最大偏差量 6.4 余差：0思考题1做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？ 答：改变出水口阀开度的大小便会改变对象的

10、属性和变化机理导致物位方程改变。 测定的参数就不会正确。2用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？精度与采样时间、ts的估计等。实验八 液位的前馈-反馈控制系统一、实验目的1、通过实验进一步了解前馈反馈控制系统的原理和结构。2、掌握前馈补偿器的设计方法。3、掌握前馈反馈控制系统参数的整定与投运。二、实验设备1、THJ-2高级过程控制系统实验装置2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根。画出液位前馈-反馈控制系统的方框图:根据实验，确定前馈补偿器的系数KB。特性曲线：两点法计算PID参数：起始点 平衡点时间 09:05:22 09:13:42液

11、位检测值1.210.4t0.39=95(s)t0.63=165（s）Kp=46=2 t0.39 - t0.63=25T=2（ t0.63 - t0.39）=140/T=25/140=0.18取X=0.2 根据PID估算表得：P=63.94I=16.995最终参数：P=64I=17D=17反馈不加扰动PID调节衰减比约为4:1 满足要求3、画出不加前馈补偿器时，系统在扰动作用下被控制量的响应曲线。反馈加扰动 去除扰动4、画出加上前馈补偿器后，系统在同样扰动作用下被控制量的响应曲线。Kp 控制量旋转360°5、根据所得的实验结果进行分析。加上前馈补偿器后，系统在同样扰动作用下，被控制量的

12、超调量变小。衰减比不变。实验九 温度串级控制系统一实验目的利用PC机和通道模块构成的DDC的硬件系统，通过组态软件的操作，设计温度对象的控制方案，并对串级控制方案进行实际运行 ，对其控制品质及特点进行分析和比较 ，从而加深对过程控制理论的理解和认识。二实验设备 1、 三温度实验装置。2、计算机、三温度实验系统组态软件。实验控制系统的系统结构图和系统框图：图9.1 三温度系统结构图分别写出实验步骤，包括系统组态、参数求取、参数计算和参数整定过程实验步骤:(1) 启动DDC软件，完成三温度串级控制系统的组态图9.2 控制系统的组态(2) 组态完成后，单击流程图上的 “开始”命令按钮, 开始采样, 同时开始记录温度曲线。开启“加热器”电源开关K1(控制柜内)，运行系统。图9.3 未加热的温度曲线(3) 先将PID调节器设置均为 “手动”, OP=25%, 当温度稳定后, 改变OP值（70%）开始记录温度曲线（串级系统可同时测试主、副对象）。根据曲线求取对象的K、T、，并估算P、I、D参数。图9.4 加热后的曲线计算得：K=28.5 T=160 =11估算得：P=39.6 I=7.8 D=7.8(4) 先将副PID调节器设置为 “自动”，主PID调节器设置为 “手动”， 调节器的外给定值为40，正确设置副调节器的 P、I参数（