计算机控制技术及应用-实验教学大纲

1、计算机控制技术及应用实验教学大纲课程编号：16121043，16120043 大纲执笔人：丁建强课程名称：计算机控制技术及应用 大纲审批人：英文名称：Computer control technology and applications课程学时：54 实验学时：18实验室名称：计算机控制技术实验室实验课性质：非独立设课适用专业：电子信息科学与技术、电子信息工程、测控技术与仪器（仪表自动化）、电气工程与自动化本课程实验教学目的与要求通过实验要求学生掌握计算机控制系统的构成、原理和实现的方法，了解常规传感器、执行机构智能仪表和数据采集模块的使用，掌握被控对象特性的测试方法，掌握PID控制的整定方

2、法，掌握计算机监控系统组态软件的使用，并为进一步学习DCS控制系统打下基础。主要仪器设备及现有台套数AE2000A实验对象6套AE2000A过程控制实验装置6套万用表、实验连接线、数据通信线6套工控机40台DCS控制柜（内含2个交换机） 3套实验课程内容和学时分配序号实验项目名称目的要求学时分配实验类型每组人数必开、选开1实验1:实验装置基本操作1、 了解实验装置结构和组成。2、 了解信号的传输方式和路径。3、 掌握实验装置的基本操作。4、 掌握液位传感器调节零位。5、 熟悉智能仪表的使用3基础性实验6必开2实验2:对象特性测试1、 熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2、 根据由实际测得

3、的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。3设计性实验6必开3实验3:二位式温度控制1、 熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。2、 掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。3设计性实验6必开4实验4:上水箱液位PID整定1、 熟悉单回路反馈控制系统的组成2、 了解利用智能调节仪进行控制的工作原理。3、 了解P、PI和PID调节时的过程图形曲线。4、 了解P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。3设计性实验6必开5实验5:锅炉水温控制1、 熟悉单回路反馈控制系统的组成2、 了解计算机直接数字控制DDC的工作原理。3、 进一步熟悉P、PI和PID调节时的过

4、程图形曲线。4、 进一步熟悉P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。3设计性实验6必开6实验6:涡轮流量计的流量控制1、 了解涡轮流量计的结构及其使用方法。2、 熟悉单回路流量控制系统的组成。3设计性实验6必开实验项目的内容和要求实验项目名称：实验1:实验装置基本操作实验内容1)、设备的连接与检查。2)、系统连线。3)、启动实验装置。4)、上、下水箱液位传感器的检测。5)、 智能调节仪的使用。6)、 温度传感器的检测。7)、 MCGS组态环境与运行环境的使用。实验要求1)、记录阀门状态、系统连线。2)、检测并分析压力变送器和温度变送器输出信号是否正常。3)、设置智能调节仪参数，并作好记录

5、。4)、启动MCGS，记录MCGS菜单和工作台面窗口。5)、完成实验报告。6)、通过实验，要求学生掌握实验装置的基本结构、操作方法，掌握一阶系统的特性传输特性。实验项目名称：实验2:对象特性测试实验内容1)、实验装置的连接与启动，设置好智能调节仪参数。2)、启动MCGS，选择对象特性测试算法，设定给定值，观察系统的被调量。3)、迅速增加给定值，记录此引起的阶跃响应的过程参数，绘制变化曲线。4)、直到进入新的平衡状态，再次记录平衡时的数据。5)、分析并计算阶跃响应过程曲线参数。实验要求1)、记录阀门状态、系统连线。2)、记录两次平衡时的仪表输出值、水箱水位高度h1、仪表显示值。3)、根据实验原理

6、中所述的方法，计算出一阶环节的相关参数（水箱的时间常数）。4)、完成实验报告。实验项目名称：实验3:二位式温度控制实验内容1)、实验装置的连接与启动，设置好智能调节仪参数。2)、启动MCGS，选择二位式温度控制算法，调节好设定值和回差dF的值。3)、利用组态软件记录控制过程曲线。待稳定振荡23个周期后，观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，记录实验曲线。4)、改变回差dF，重复上一内容。5)、把动力水路切换到锅炉夹套，启动实验装置的供水系统，给锅炉的外套加流动冷却水，重复上面的实验内容。实验要求1)、记录阀门状态、系统连线。2)、记录锅炉内胆位式控制过程的曲线图，求出的振荡周期和振幅大小。

7、3)、记录不同dF时的系统被控制量的过渡过程曲线，求出相应的振荡周期和振荡幅度大小。4)、记录加冷却水时被控量的过程曲线，并比较振荡周期和振荡幅度大小的变化情况。5)、通过实验，得出dF值对双位控制系统性能的影响关系。6)、完成实验报告。实验项目名称：实验4:上水箱液位PID整定实验内容1)、实验装置的连接与启动，设置好智能调节仪参数。2)、启动MCGS，选择上水箱液位PID整定算法。3)、进行比例调节控制：设定给定值，调整P参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。4)、进行比例

8、积分调节（PI）控制：设定给定值，调整P、I参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。5)、进行比例积分微分调节（PID）控制：设定给定值，调整P、I、D参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。6)、利用临界比例度法整定调节器的参数。实验要求1)、记录阀门状态、系统连线，画出单容水箱液位控制系统的方块图。2)、作出P调节器控制时，不同值下的阶跃响应曲线。3)、作出PI调节器控制时，固定和不同Ti值时的阶跃响应曲线。4)

9、、作出PID控制时的阶跃响应曲线和相应的的数字PID参数。5)、记录采用临界比例度法整定调节器参数的过程和结果。6)、完成实验报告。实验项目名称：实验5:锅炉水温控制实验内容1)、实验装置的连接与启动，连接ICP7017和ICP7024数据采集模块。2)、启动MCGS，选择锅炉水温控制算法。3)、进行比例调节控制：设定给定值，调整P参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。4)、进行比例积分调节（PI）控制：设定给定值，调整P、I参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础

10、上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。5)、进行比例积分微分调节（PID）控制：设定给定值，调整P、I、D参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。6)、利用临界比例度法整定调节器的参数。实验要求1)、记录阀门状态、系统连线。2)、作出P调节器控制时，不同值下的阶跃响应曲线。3)、作出PI调节器控制时，固定和不同Ti值时的阶跃响应曲线。4)、作出PID控制时的阶跃响应曲线和相应的的数字PID参数。5)、记录采用临界比例度法整定调节器参数的过程和结果。6)、比较分析采用

11、DDC控制方案的特点。 7)、完成实验报告。实验项目名称：实验6:涡轮流量计的流量控制实验内容1)、实验装置的连接与启动，连接流量积算变送仪。2)、启动MCGS，选择涡轮流量计的流量控制算法。3)、进行比例积分调节（PI）控制：设定给定值，调整P、I参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。4)、进行比例积分微分调节（PID）控制：设定给定值，调整P、I、D参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。实验要求1)、记录阀门

12、状态和系统连线。2)、作出PI调节器控制时，固定和不同Ti值时的阶跃响应曲线。3)、作出PID控制时的阶跃响应曲线和相应的的数字PID参数。4)、分析涡轮流量计的流量控制特点，比较PI和PID控制算法的效果。 5)、完成实验报告。说明：实验2实验6属于设计性实验，在给定实验目的和实验条件的前提下，学生可在老师的指导下自行设计实验方案，选择连接方案，实施操作程序，进行结果分析。考核方式实验报告实验报告采用统一格式编写，每个实验都包括：实验者姓名、班级/学号、组号、实验日期、开始/结束时间。每个实验包括的内容如下：实验1: 实验装置基本操作1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 压力变送器和水位数

13、据3)、 智能调节仪参数4)、 温度变送器数据5)、 MCGS菜单和工作台面窗口 6)、 心得体会：实验2: 对象特性测试1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 第一次和第二次平衡时的仪表输出值、水箱水位高度h1、仪表显示值。3)、 记录一阶环节的阶跃响应数据和曲线4)、 数据分析和心得体会。实验3: 二位式温度控制1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 设置某一回差dF，记录有代表性的锅炉内胆位式控制过程曲线图，标出振荡周期和振幅大小。3)、 改变回差dF，记录控制过程曲线图，标出振荡周期和振幅大小。4)、 加冷却水后，记录控制过程曲线图，标出dF、振荡周期和振幅大小。5)、 数据分析和心得

14、体会。实验4: 上水箱液位PID整定 1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 单容水箱液位控制系统的方块图3)、 作出P调节器控制时的阶跃响应曲线。4)、 作出PI调节器控制时的阶跃响应曲线。5)、 画出PID控制时的阶跃响应曲线。6)、 数据分析和心得体会。实验5: 锅炉水温控制 1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 不同比例系数K时的余差和超调量3)、 PI调节时，固定比例度，改变不同Ti值时的超调量p。4)、 PD调节时，固定比例度，改变不同微分时间值Td时的超调量和余差5)、PID调节时，择合适的P、I和D参数，获得的一条较满意的动态曲线(要求标出时间轴和纵轴单位)。6)、 数据分析和心得体会。实验6: 涡轮流量计的流量PI和PID调节实验1)、 记录阀门状态和实验连线。2)、 不同比例系数K时的余差和超调量3)、 PI调节时，择合适的P、I参数，获得的一条较满意的动态曲线(要求标出时间轴和纵轴单位)。4)、 PID调节时，择合适的P、I和D参数，获得的一条较满意的动态曲线(要求标出时间轴和纵轴单位)。5)、 数据分析和心得体会。考核方式实验课的考核方式对学生的预习、实验及报告情况进行综合评定，其中学生的预习、实验情况在实验过程中进行，实验报告在实验过后进行。学生的预习、实验情况通过检查预习报告、提问、出勤记录等形式。实验报告的评分按报告内容和实验要求来