过程控制工程实验报告

1、成绩过程控制工程实验报生 口班级：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I2 .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-bV3u(k) SV水泵 p内控外控图3-6- b上水箱特性 测试（计算

2、机控制）系 统框图水箱D/A模块计算机PVA/D 模块3-6- c计算机控制 恒压供水系统框图2-1-a图图3-6-a上水箱特性 测试（计算机控制）流 程HSVJ/A模块计算机调节阀上水箱 2-1- b图2.对象特性参数的求取K的求取1）放大倍数 y/（ymax K上水箱特性 测试（计算 机控制）系 统框图：）ymin）x x/（x minmaxx调节器输出电流的变化量式中：X 调节器输出电流的上限值axmx一调节器输出电流的下限值inmy 被测量的变化量y -被测量的上限值axmy 被测量的下限值 由2）一阶对象传递函数 KseG 0lsT 0K广义对象放大倍数（用前面公式求得）T）63.2

3、%所需要的时间一一广义对象时间常数（为阶跃响应变化到新稳态值的0）（测量前要使系统处于平衡状态下， 1。测 以便推算出纯滞后时间。 须所加扰动即响应的纯滞后，直接从图测量出一一广义对象时滞时间T五、注意事项反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的.量与记录工作必瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出， 应是额定值的10%左右。2.六、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

4、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，点击实验选择按钮，选择一运行组态王，在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验”4.阶液位对象设定按钮设定系统的输入信号值，点击实时曲线 PID5.手动/自动将按钮切换到手动，点击按钮观察输出曲线。u （k设定中，点击），设定一数值使系统液位处于某一平衡位置（设定的数值过大在6.PID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

5、.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 o表2-1阶跃响应曲线数据处理记录表参数值液位测量情况K To t2.4 5.5 30正向输入 2.2 5.4 35 反向输入 2.35.4532.5平均值七、实验报告3八、思考问题1 .本实装置液位测

6、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 Q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 Q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

7、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】按压力单闭环控制系统接线图接好实验导线1. /外控开关打到外控端。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PID参数的整定3.内容看课本衰减曲线法、反应曲线法等，整定的方法可用单回路整定时的经验凑试法、P52-P55,可任选一种方法。【实验说明及操作步骤】，点击运行，进入压.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”1力控制实验界面。设定界 PIDPID设定按钮”，调出2.点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状 态

8、，点击“面。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PID3 .将整定所得的效果。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，的要求为止。：1直至过渡过程曲线符合 4 .对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理40345653参数【注意事项】 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。1.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。. 26【数据记录与处理参数情测量况1压力K1T1T 11阶跃507282阶跃501075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

9、流程图参数整定测试数据简单设计过程【思考问题】.进行控制系统投运和整定之前，应做好哪些准备工作？1应掌握控制系统的设计意图答：1熟悉有关主辅设备运行情况以及它们对控制品质要求；、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。、自动控制装置的校验和确定仪表静态配合。2仔细检查系统各组成部分的安装按控制系统设计图纸，自动控制系统的线路检查， 3 、与连接情况。:曲线图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

10、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I2 .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-boDD1调节阀流量pid设定ipid设定2SPPVPVQ流量变

11、送器液位变送器身液H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41液位一流量鹃级控制实险原理图5-1-a图V3内控外控h计算机Q图5-4-a 上水箱液位和流量串级控制（计算机）流程5-1-a水箱水箱水箱IVTSUBISHIMI图.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2整定的方法可用单回路整定时的经验凑步骤参考下面内容。定，再对主回路进行一步整定，试法、衰减曲线法、反应曲线法等。串级控制系统参数的整定两步整定法）（1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

12、 整定方法直接整：%,积分时间给到最大，微分时间给到最小。然后按10041 10定副回路，彳f观察到 4:1的振荡过程时，记下此时的比例度62,及振荡周期 T2o将副控制器的比例度固定在62,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61,及振荡周期 T1 o将按上述步骤求出的5 1 , T1 ,6 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。）一步整

13、定法（2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5 2比例度K2 放大倍数温度20 601.7 5 压力70 3031.480 40 2.51.25液位802051.25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

14、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11数据实验数据查表计算值最终整定法Ts / min Ti / min 6终/ % S / % Ti 终/ 6s % /

15、 min 控制器 10 999 30 600 48 800 主控制器 1530043 30053350副控制器3 .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。H1的过渡过程曲线。H1的过渡过程曲线。(3)主副调节器参数整定后，干扰作用于上水箱中，主变量(4)主副调节器参数整定后，干扰作用于流量中，主变量甲级徨制历总曲线|八1,巧史曲个一即2历史曲当5*2历史皿话实验四 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

16、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。、实验设备与仪器121 .水泵I2 .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1 .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-bV3V4计算机u(k) Q水箱内控外控MITSUBISHI水箱Q图水箱IV图6-2-a流量比值才S制系统（计算机）流程6-1-a卫-主注盘 十 比可耀PID +*（调节阀 口 副

17、时象Inr*ZJLT氢流量图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0Q时，变送器对应的输MAX出电流为4 20毫安。任一瞬时流量 Q对应的变送器输出电流信号为：I = Q/Q X 16 mA + 4 mAMAX则主副流量变送器的输出电流信号为：I =Q/Q X 16 mA + 4 mA1MAX11 13I =Q/Q X 16 mA + 4 mA2MAX22主流量信号I经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I则进入调节器21的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：I = Kc x I 12Kc为比例器

18、比值系数。当生产工艺要求两种物料比值k= Q / Q时，可得：12IQQQ-4416/ MAXMAX1 222K cQQIQ- 4/4 16 MAXMAX2111五、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：114控制阀流量特性测试实验五【实验目的】 认识实验装置，了解电动制阀的工作原理；1.掌握对象模型参数的求取方法。2.【实验原理】）20mA输出。（20mA）控制开度，并有阀位反馈电流44电动控制阀是受调节阀流量特性测试实验原理图调节阀流量特性曲线-264 口!* -S1736F36SD 100 1£D 刘口 2EO XD J5D <0 490 5D0 55D SOO KO 750 BQ0 850 900 - 1EOD由世回国画画回画画00召国无巴I地捌棚加mi| do -Ooi. io：t'T U 二15【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