东南大学过程控制实验报告二(共15页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上东南大学自动化学院实 验 报 告课程名称： 过程控制 第 二 次实验实验名称： 被控过程的建模实验 院 （系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 同组人员： 实验时间： 2017 年 5 月 13 日评定成绩： 审阅教师： 一 一、实验目的1、了解液位，流量，压力和 温度系统的组成结构；2、掌握用阶跃响应法来实验辨识控制系统的数学模型的特性参数、，并以此计算调节器的、参数；3、熟练掌握实验法获取被控对象特性的设备操作方法。二 、实验内容1、对象的配管操作本实验的实验流程图如图2.1所示，按照实验流程图对实验装置进行配管操作。图2.1 实验流程图2、仪表的

2、配线操作本实验的仪表配线图如图2.2所示，对实验控制台上的2#、3#调节器的输入、输出、电源进行插棒连线（6根弱电，4根强电）。图2.2 液位飞升实验仪表配线图3、调节器参数的设置；4、记录曲线，运用力控组态软件中的历史趋势曲线，曲线下方操作按钮的作用参看附录二。三 、实验步骤1、 了解被控过程的自衡和非自衡特性，操作前，将力控组态软件打开到运行系统，选择相应实验，打开到历史趋势曲线；2、 掌握单容过程和多容过程的典型传递函数；按照实验流程图配管，并完成仪表配线；建模连线图如下：3、 掌握飞升曲线的建模方法系统模型的认识；为了实现对水箱的建模，应该在断开所有的控制器的情况下让水箱获得自然平衡点

3、。利用P909手动控制电动阀的开度，保持出水阀的开度不变，手动调节进水阀的开度，使得液位逐渐达到平衡点。在液位到达第一个平衡点之后保持进水阀和出水阀的开度不变，通过P909手动增大电动阀的开度。（这里之所以实用电动阀来控制输入量是因为电动阀的是线性的，而进水阀是非线性的，从而电动阀的开度该变量是可以量化的）由于开度的增大，进水量必然会增大，但是由于液位不断升高，出水量也会随之增大，最终进水量与出水量相等从而液位重新达到平衡点。这个过程的液位-时间曲线称为飞升曲线。通过飞升曲线可以估计出水箱的模型结构，并且通过分析该曲线的数据可以得到模型的相关参数。4、 按A/M键将控制器2#切换成手动模式，2

4、#、3#按SET键将LEVEL1功能切换成OUTL，按上下三角设定进出水阀的开度，使液位平衡；5、 当液位平衡后，改变进水阀的开度，一般变化10%左右，等待液位再次平衡，并且记录下改变阀位的时刻。四 、实验现象1、观察液位控制系统给定（SV）和反馈（PV）的变化曲线，改变SV，观察PV的变化。图3.1 液位给定值与实际值变化曲线由图3.1可以看出，SV初始值设为1700，一段实践后，液位与设定值基本一致，存在一定的稳态误差。改变设定值为500，通过PID的调节作用，液位会缓慢下降，最后在设定值附近波动。2、利用串口助手与P909通讯，读取或写入SV/PV的值。打开串口助手，设置参数如下：COM

5、6，波特率4800，奇校验位，十六进制发送。通过学习P909通讯协议可知，若要读取SV的值，应发送：52 04 00 00 00 00 56；如要读取PV的值，应发送：52 04 00 80 00 00 56；如要写入SV的值，应发送：57 04 00 00 00 7B D6（00 7B为写入的十六进制数据）。（1）读取SV的值发送52 04 00 00 00 00 56，接收到07 4D 00 00 00 03 84 D4，其中0384即为读取的值，转换为10进制是900，与实际值一致。图3.2 读取SV的值（2）读取PV的值发送52 04 00 80 00 00 56，接收到00 4D 0

6、0 00 00 04 08 59，其中0408即为读取的值，转换为10进制是1032（由于液位在不停的变化，所以未能及时拍到液位为1032的时刻）。图3.3 读取PV的值（3）写入SV的值发送57 04 00 00 00 7B D6，设置SV为007B（16进制），即123。图3.4 写入SV的值3、通过力控组态软件监控SV和PV变化曲线。1) 进入力控开发系统，新建窗口2) 添加实时趋势，定义变量、设置上下限3) 添加设备（管道、罐等）、添加文本4) 连接设备后即可观察PV和SV的实时曲线4、分析获得的飞升曲线，求解出系统数学模型的三大特性参数：、，并以此计算调节器的、参数。 在实验中，电磁

7、阀的开度由30%增大到50%，平衡点的液位高度由58.4mm增高到64.8mm。飞升曲线如图2.2。图2.2 飞升曲线 由图2.2可以看出水箱的模型为一节惯性系统，其传递函数为 KTs+1 ,其中，K = 64.8-58.450-30=0.32mm/%，T = 4.6min = 276s所以水箱的传递函数为 0.32276s+1五 、思考题1、 通过对HGK-1过程控制实验装置的操作，了解自衡与非自衡的特性；答：自衡过程，指的是系统中存在着对所关注的变量的变化有固定的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。在出现扰动后，过程能靠系统自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自平衡特性。自衡过程具有

8、一定范围内的自平衡。反之，不存在固有反馈作用的且自身无法恢复平衡的过程，为非平衡过程。2、 试从传递函数的角度说明PID的作用。说明算法（规律）和参数的作用；答：比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。KP取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。积分作用参数Ti的一个最主要作用是消除系统的稳态误差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但Ti也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，

9、影响系统的调节精度。另外在控制系统的前向通道中只要有积分环节总能做到稳态无静差。从相位的角度来看一个积分环节就有900 的相位延迟，也许会破坏系统的稳定性。微分作用参数Td的作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但Ti不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。3、 试拟定获取对象固有特性的方案为了实现对水箱的建模，应该在断开所有的控制器的情况下让水箱获得自然平衡点。l 利用P909手动控制电动阀的开度为20%，保持出水阀的开度不变，手动调节进水阀的开度，使得液位逐渐达到平衡点；l 在液位到达第一个平衡点之后保持进水阀和出水阀的开度不变，通过P909手动增大电动阀的开度到40%；（这里之所以实用电动阀来控制输入量是因为电动阀的是线性的，而进水阀是非线性的，从而电动阀的开度该变量是可以量化的）l 由于开度的增大，进水量必然会增大，但是由于液位不断升高，出水量也会随之增大，最终进水量与出水量相