过控实验报告.

1、过程计算机控制系统实验报告实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示一、FESTO紧凑型过程控制系统介绍FESTO紧凑型过程控制系统如图1-1 所示，在这套系统上，我们可以进行液位、温度、压力、流量的控制。1图 1-1二、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习， 我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。三、主要仪器与设备1、 计算机2、 接口板 PCL-812PGPCL-812PG是一块高性能，高速度的多功能数据采集卡，它适用于IBM PC以及其它兼容机。 PCL

2、-812PG在一块卡上包含了所有的数据采集功能，如：16 路 A/D，2 路 D/A，16 路 DI ，16 路 DO，1 路定时器、计数器通道，其中 A/D 数据采集为 12 位。 PCL-812PG板卡的具体布局如图 1-2 。图 1-22图中：SW1 ：基地址设定。（220H）CN1：16 位数字输出。CN2：16 位数字输入。CN3：模拟输入 /输出以及记数器 /定时器。JP1 、 JP2：DMA（直接数据传输）通道设定。 （ NO DMA）JP3 ：中断级别设定。（ 5）JP4 ：时钟源设定。（外部时钟）JP5 ：内 / 外部触发设定。（内部触发）JP6 、 JP7：D/A 参考电压

3、设定。（内部参考电压）JP8 ：内部参考电压设定。（-10V）JP9： A/D 输入范围设定。 (-10V to+10V)CN3 接口管脚说明如图1-3 所示。图 1-333、 水箱：水箱如图 1-4 所示。技术参数见表 1-1。图 1-4表 1-1工作温度最大： +65 O C外部尺寸宽度240 mm深度190 mm高度385 mm材质塑料螺旋接口15 mm 直径4、 流量传感器流量传感器如图 1-5 ，主要技术参数见表1-2 。表 1-2工作电压5 to 12 V DC工作电流6 to 33 mA输出信号方波信号， 512 V频率范围13 to 1200 HZ4测量范围0.5 to 15.

4、0 l/min工作压力80° C max 。 6bar工作温度0° C to 65 ° C白：电源正接线方式绿：电源负褐：输出 +图 1-55、 比例阀 1094-PMR比例阀如图 1-6 ，主要技术指标见表1-3 。表 1-3工作电压24VDC功率8 W工作压力0 to 0.5 bar环境温度Max。 +55° C媒介自然媒介，如水、压缩空气媒体温度0° C to +65 ° C图 1-61094-PMR比例阀接口如图1-7 所示。端子 2：+24V，端子 3：24V 地，端子 4：输出控制信号。R1：最小流量调节，R2：最大流量调

5、节，R3：延迟时间调节。5S1：（on）：中频（ 2832），S2：（off ）图 1-76、 液位传感器主要技术参数见表1-4表 1-4工作电压24VDC测量范围0 400 mm输出信号05 V DC工作温度-40 120° C红：电源正接线方式黑：电源负蓝：输出 +7、 温度传感器主要技术参数见表1-5表 1-5工作电压24VDC测量范围0100 ° C输出信号05 V DC6红：电源正接线方式绿：电源负黄：输出 +8、 管路、接头、手动阀管路、接头、手动阀如图 1-8 所示。系统所有部件的连接都是直接插拔，非常方便。图 1-8实验二传感器、执行器实验一、实验目的了解传

6、感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。二、实验要求编程实现系统液位、 温度、流量等模拟量的数据采集以及比例阀开度的控制。三、实验步骤1、液位传感器的测试在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和 PCL-812PG 板卡的 A/D 口分别测出液位传感器的输出电压。并在计算机内将其转换成对应的高度。将测量数据填入下表。高度输出万用表测量值（伏）250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm3.032.471.861.230.61A/D 口测量值 (伏 )3.022.481.861.250.617机内转换高度 （ mm）相对误差（ %）247.14198.051

7、49.0299.6148.631.140.9750.6530.392.472、温度传感器的测试改变水箱内水的温度，用温度计测量出水温，同时利用万用表和PCL-812PG板卡的 A/D 口测出温度传感器的输出电压，并在计算机内将其转换成相应的温度。将测量数据填入下表。温度计（度）传感器输出电压（伏）A/D 口测量电压(伏 )机内转换温度（度）相对误差（ %）16.016.216.216.516.50.803220.82510.82270.81290.83000.810.810.810.820.8216.6015616.06416.503916.45516.259730.41.881.571.46

8、0.623、流量传感器的测试调节手动阀以改变流量传感器所在管路中的流量，利用PCL-812PG 板卡的计数口测量流量传感器单位时间内输出的脉冲数，并转换成对应的流量。将测量结果填入下表。脉冲数（个 /秒）流量（ l/min ）0541831180.402270.842031.355091.782640.34119656754、比例阀的控制8通过 PCL-812PG 板卡的 D/A 口向比例阀输出控制， 比较机内控制电压与实际输出电压，并将结果填入下表。控制量（伏）测量值（伏）相对误差（ %）02.557.51002.474.957.449.9301.210.80.7四、思考题1、用传感器测量过

9、程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么方法进行修正？答：使用液位传感器时测量误差比较大，温度传感器电压值误差不大，比例阀实验中机内电压和实验输出电压值误差很小，且十分稳定。如果有误差（ 1）可以在计算时进行补偿，比如计算零点高度，相减后作为实际测量高度。（ 2）减小出水阀开度，使出水过程平稳，减小波动。实验三系统动态特性的测试一、实验目的学习单容对象动态特性的实验测定方法。二、实验要求通过实验的方法建立液位对象的过程数学模型。三、实验步骤利用液位对象的液位与输出流量的关系建立其模型9 测试系统结构如图3-1 所示。计算机进水LTFT出水图 3-1 利用液位输出流量关系建立模型的实验原理图

10、 原理对于液位系统，根据动态物料平衡关系有QiQOA d hdt式中：Qi 输入流量；QO 输出流量；h 液位高度；A 水箱截面积；Qi 、QO 、h 分别为偏离某一平衡状态Qi 0 、 QO 0 、 h0 的增量。在静态时， QiQO ， d h0 ，当 Qi 变化时， h 、 QO 也将发生变化，dt由流体力学可知，流体在紊流情况下， h 与流量之间为非线性关系，为简化起见，作线性化处理。近似认为 QO 与 h 在工作点附近成正比，而与出水阀的阻力 R2 （称为液阻）成反比，即QOh或 R2hR2Q0由、，消去中间变量QO ，再求拉氏变换得单容液位过程的传递函数为：H (S)R2KW(S)

11、R2AS 1TS 1Qi (S) 关闭所有出水阀，向水箱内注水至260mm 左右，然后按图3-1 将出水阀旋开至适当位置，测量给定液位高度所对应的流量值，填入下表。10并根据式求液位对象的模型。h (mm)120160200240QO （ l/min ）1.6482731.7337831.819292 1.904802R24.67784.677874.677815R24.67783其中水箱的截面积A190mm175mm 。W (S)4.6778315.55s1四、思考题1、分析可能造成模型不准确的原因。答：原因有：（1）液位传感器和流量传感器存在误差（2）出水阀开度选择不恰当，导致实验过程不稳

12、定，存在干扰，误差变大。（3）为简化计算而作线性化处理，近似为 Q和 h 在工作点附近成正比，与出水阀阻力 R2成反比，由此引起误差。实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的单回路控制方式。二、实验要求11设计单容水箱的液位单回路控制系统，实现液位的定值控制，并对系统进行参数整定。三、实验内容1、按照图 4-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造液位单回路控制系统。计算机M进水LI出水图 4-1 液位单回路控制系统原理图2、画出液位单回路控制系统方框图。液位设定值实际液位液位控制器执行阀水箱液位传感器3、根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期TS0.5

13、s。4、运用经验法确定数字调节器的参数根据经验公式，选择调节器参数K C 、 TI 和 TD 值。观察不同参数情况12下的控制效果，最终确定较为满意的调节器参数。调节器参数性能指标实验次数K CTITD0t S011111.672%45.6s2110.51.502%44.5s310.511.250%46.4s40.5110.576%50.5s四、思考题1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？为了提高控制效果，你在控制算法上还采取了哪些措施？答：（1）采用增量式 PID 控制算法（2）采用过限削弱积分法，防止失控现象（3）采用控制变量法调整调节器参数实验五流量单回路控制系统的设计及参数整

14、定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的一般设计方法。二、实验要求根据流量对象的特点，设计流量定值控制系统，并对系统进行参数整定，13使系统具有较好的动、静态性能指标和抗干扰能力。三、实验步骤1、按照图 5-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造流量单回路控制系统。计算机进水MFT出水图 5-1流量单回路控制系统原理图2、画出流量单回路控制系统方框图。流量设定值实际流量流量控制器执行阀管道流量传感器3、根据流量对象的特点，选择系统的采样控制周期TS0.5s。4、选择调节器参数，进行流量控制，记录控制结果，并就不同参数下的控制效果进行定性讨论。控制器实验次数KCTITD0t S0PID10.110.59.90161420.11013.217.530.5109.901640.50.5011.0118.5四、思考题1、流量对象与液位对象有什么区别？流量控制系统的参数整定要注意哪些问题？答：区别：（1）液位对象需要同时考虑