2023年过程控制实验报告

试验一、单容水箱特性的测试一、试验目的曲线。象的特征参数T和传递函数。二、试验设备THJ-2型高级过程把握系统试验装置计算机及相关软件万用电表一只三、试验原理2-12-1H，把握量〔输入量〕是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2Q2为水箱中流出的流量。依据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0 (1)动态时，则有Q1-Q2=dv/dt (2)dV/dtH关系为dV=Adh,即dV/dt=Adh/dt A为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt (4)基于Q2=h/RS，RSV2Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2Rs:K=Rs。式(5)就是单容水箱的传递函数。对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T(6)h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)T的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T2-3,则在此曲线的拐点DT的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T2-3,则在此曲线的拐点DBA点。图中OBτ,BCT,所得的传递函数为：四、试验内容与步骤V1V2V1V2接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。把调整器设置于手动操作位置，通过调整器增/减的操作转变其输出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置。此增量不宜过大,以免水箱中水溢出，于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过确定的调整时间后，水箱的液位进入的平衡状态，如图2-4所示。启动计算机登记水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。正向输入曲线正向输入曲线负向输入曲线试验数据计算T=t12-t1=1：53：55-1:52:18=1:37=97(s)h(∞)=h2(∞)-h1(∞)=74.71mm-26.81mm=49.7mmR0=Q2-Q1=459.8L/h-397.9L/h=61.9L/hK=h(∞)/R0=49.7/61.9=0.8029H〔S〕=

K/T1

R R×0=K 0-

KR0

49.7 49.7== -S S S

S1

S S0.0103T TT=t23-t2=1:57:24-1:56:06=1:18=78(s)h(∞)=h2(∞)-h3(∞)=74.71mm-37.44mm=37.27mmR0=Q2-Q1=459.8L/h-388.0L/h=71.8L/hK=h(∞)/R0=37.27/71.8=0.5191H〔S〕=

K/T1

R R×0=K 0-

KR0

37.27 37.27== -S S S

S1

S S0.0128T T试验曲线所得的结果填入下表。参数值参数值放大系数KT测量值正阶跃输入0.802997(s)负阶跃输入0.519178(s)平均值0.661087.5五、思考题在试验进展过程中，为什么不能任意转变出水口阀开度的大小？的大小。在入水量不变的状况下，这样会使试验记录的数据和图形与实际相差较远。用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与哪些因素有关？答：由于系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T关。另外，也会受试验室电压的波动与测试软件的影响。假设承受中水箱做试验，其响应曲线与上水箱的曲线有什么异同？试分析差异缘由。答：假设承受中水箱做试验，它的响应曲线要比上水箱变化的慢。高度，中水箱要更长的时间。试验三、上水箱液位PID整定试验一、试验目的依据试验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。比较不同PID分析P、PI、PD、PID二、试验设备THJ-2型高级过程把握系统试验装置计算机及相关软件万用电表一只三、试验原理3-2-1上水箱单容液位定值把握系统(a)构造图(b)方框图3-2-1〔也可承受中水箱或下水箱LT1把握，系统的调整器应为PIPID四、试验内容与步骤F1-1F1-6F1-10F1-11全开，将上水箱出水阀门F1-9开至适当开度50均关闭。开的位置。把握柜无需接线。输出输入框来实现。启动磁力驱动泵，磁力驱动泵上电打水，适当增加/削减输出量，使上水箱的液位平衡于设定值。PI参数，并按整定后的PI分别适量转变调整器的P观看计算机记录不同把握规律下系统的阶跃响应曲线。PI、PD、PID3～6，通过试验界面下边的按钮切换观看计算机记录不同把握规律下系统的阶跃响应曲线。水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。〔、PK=5K=7〔2〕、PIK=7 K=5 I=2023〔3〕、PDK=5D=10000K=5D=5000〔4〕、PIDK=5 I=20230 D=5000计算K=5时:上升时间为：tr=t2-t1=2:50:22-2:50:04=18(s)稳态误差=60mm-h(∞)=60mm-53.35mm=6.65mmK=7时:上升时间为：tr=t2-t1=2:50:41-2:50:21=20(s)稳态误差=60mm-h(∞)=60mm-55.41mm=4.59mm、PI调整K=7，I=20230上升时间：tr=t1-t0=3:08:04-3：07：35=29(s)峰值时间：tp=t2-t0=3:08:09-3：07：35=34(s)调整时间：ts=t3-t0=3:08:36-3：07：35=61(s)超调量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=6.8%稳态误差=h(∞)-60mm=0.69mm〔可以无视不计〕K=5，I=20230上升时间：tr=3:22:58-3：22：31=27(s)峰值时间：tp=3:23:06-3：22：31=35(s)调整时间：ts=3:23:30-3：22：31=59(s)超调量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=10.9%稳态误差=h(∞)-60mm=0.11mm〔可以无视不计〕、PD调整K=5,D=10000时:上升时间为t=t2-t1=4:25:57-4:25:36=21(s)稳态误差=60mm-h(∞)=60mm-52.98mm=7.02mmK=5,D=5000时:上升时间为t=t2-t1=4:30:51-4:30:31=20(s)稳态误差=60mm-h(∞)=60mm-52.81mm=7.19mm、PIDK=5,I=20230,D=5000时：上升时间：tr=4：35：50-4：35：19=31(s)峰值时间：tp=4：35：57-4：35：19=38(s)调整时间：ts=4：36：02-4：35：19=43(s)超调量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=11.1%稳态误差=60mm-h(∞)=0.23mm〔可以无视不计〕分析静态性能。分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是由于比例系数会加大幅值；在参与微分环节以后，前的作用，可以增加系统的稳定度。、比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。Ti：为了消退稳态误差，在把握器中必需引入“积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样即时间增大。因此，PIKp假设仅有比例环节，系统会存在稳态误差。Td：自动把握系统在抑制误差的调解过程中可能会消灭振荡甚至失稳，在把握器中仅引入“比例P”往往是不够的，比例项的作用仅的的把握作用等于零，甚至为负值，从而避开了被控量的严峻失调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD把握器能改善系统在调解过程的动态特性。P、PI、PD、PID。P:是根本的把握作用，比例调整对把握作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。PI:PIPI残差，但是IPD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短，向两端饱和。PID:常规调整器中性能最好的一种调整器，具有各类调整器的优点，具有更高的把握质量。五、思考题I转变比例度δ和积分时间T对系统的性能产生什么影响？答：转变比例度δ会是调整器的参数转变，这可能让系统的稳定性受确定的影响，增大比例度会使其超调量增大，使系统变得不稳定。IT转变积分时间会使系统的精度提高，但也可能造成积分饱TI和。有什么异同？试分析差异缘由。答：承受下水箱做试验，其滞后时间会更短。缘由：由于水的回路变得更短，弃响应曲线会上升的更快。试验五、锅炉内胆水温PID把握试验一、试验目的能。PID参数对系统的性能产生的影响。分析P、PI、PD、PID四种把握规律对本试验系统的作用。二、试验设备THJ-2型高级过程把握系统试验装置计算机及相关软件万用电表一只三、试验原理TT1把握三相调压模块的输出电压〔即三相电加热管的端电压，以到达把握大，所以其把握过渡时间也较长，系统的调整器可选择PD或PID把握3-5-1图3-5-1锅炉内胆温度特性测试系统(a)构造图 (b)方框图可以承受两种方案对锅炉内胆的水温进展把握：〔一〕锅炉夹套不加冷却水〔静态〕〔二〕锅炉夹套加冷却水〔动态〕稍慢，降温过程稍快。无论操作者承受静态把握或者动态把握，本试验的上位监控界面操作都是一样的。四、试验内容与步骤F1-1F1-4F1-5F1-13翻开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380胆贮存确定的水量〔要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置，然后关闭阀F1-13、F1-4F1-12，为给锅炉夹套供冷水做好预备。PCPID/削减输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值。按指导书其次章第一节中的阅历法或动态特性参数法整定调整PIDPID设置。待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调整器切换到“自动”状态，然后记录曲线。开头往锅炉夹套打冷水，重复步骤3～5，观看试验的过程曲线与前面不加冷水的过程有何不同。P、PI、PDPID上述试验用计算机实时记录的响应曲线。、P、PI、PD、PID计算、P稳态误差=30℃-29.37℃=0.63℃上升时间：tr=5:48:27-5:47:23=64(s)、PI峰值时间：tp=6:22:25-6:19:26=2:59=179(s)超调量=(44.25-35)/(35-2.528)*100%=28.5%、PD稳态误差=35℃-34.04℃=0.86℃上升时间：tr=6:49:25-6:48:10=75(s)、PID上升时间：tr=7:05:50-7:04:40=70(s)峰值时间：tp=7:07:30-7:04:40=170(s)超调量=(44.15-35)/(35-2.626)*100%=28.3%分析静态性能。分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是由于比例系数会加大幅值；在参与微分环节以后，前的作用，可以增加系统的稳定度。、比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。Ti：为了消退稳态误差，在把握器中必需引入“积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样即时间增大。因此，PIKp假设仅有比例环节，系统会存在稳态误差。Td：自动把握系统在抑制误差的调解过程中可能会消灭振荡甚至失稳，在把握器中仅引入“比例P”往往是不够的，比例项的作用仅的的把握作用等于零，甚至为负值，从而避开了被控量的严峻失调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD把握器能改善系统在调解过程的动态特性。P、PI、PD、PID。P:是根本的把握作用，比例调整对把握作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。PI:PIPI残差，但是IPD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短，向两端饱和。PID:常规调整器中性能最好的一种调整器，具有各类调整器的优点，具有更高的把握质量。五、思考题在温度把握系统中，