工業(yè)過程檢測(cè)與過程控制

1、工業(yè)過程檢測(cè)與過程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院:電氣工程*專業(yè):學(xué)號(hào):姓名:蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院二零一三年五月實(shí)驗(yàn)一鍋爐液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解鍋爐液位控制系統(tǒng)的組成。2建立液位控制數(shù)學(xué)模型(階躍響應(yīng)曲線)。3計(jì)算系統(tǒng)各參數(shù)下的性能指標(biāo)。4分析pid參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。二. 實(shí)驗(yàn)步驟1出水流量控制系統(tǒng)置于“手操”，即開環(huán)方式，設(shè)定outl二60%。2令6 =20%、ti=80 (s)、td=10(s),設(shè)置到液位控制器中。3液位控制系統(tǒng)置于“自動(dòng)”，即閉環(huán)方式，設(shè)定sv二200mm,等待穩(wěn)定下來。4將液位控制器的“自動(dòng)”輸出階躍變化100mm,即設(shè)定sv=300mm，同步記錄 液位

2、的pv值(間隔30秒記錄一次，約20分鐘)。5改變比例帶：令6 =10%、ti=80 (s)> td=10(s),設(shè)置到液位控制器中，重 復(fù)步驟3和步驟4。6改變積分時(shí)間：6二20%、ti二40 (s)、td二10(s),設(shè)置到液位控制器中，重 復(fù)步驟3和步驟4。7改變微分時(shí)間：8二20%、ti=40 (s)、td二20(s),設(shè)置到液位控制器屮，重 復(fù)步驟3和步驟4。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1t鍋爐液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)記錄表時(shí)間:(min)液位:(mm)液位：(mm)液位：(mm)液位：(mm)0.02002002002000.5203.5206.4206.5205.01.0209.9215.921

3、6.9212.01.5216.5225.9228.8219.52.0224.4236.5241.4228.22.5232.9248.2256.1236.03.0241.8259.6270.4245.83.5250.9271.4285.7254.84.0260.6283.2299.1264.44.5269.8293.6308.7273.95.0279.2301.3310.0283.35.5289.0304.1308.5292.46.0297.1304.5305.3299.66.5302.2303.3301.8304.77.0306.2302.2298.9306.07.5306.7301.7297

4、.1306.58.0306.0300.7297305.98.5305.1300.0297.2304.89.0303.8299.9298.7303.69.5302.5299.6300.0301.710.0301.4299.7300.3300.810.5300.9299.6300.9300.211.0300.2299.9301.4299.711.5299.7300.1301.0299.012.0299.2300.0300.7298.912.5299.3300.1300.0298.713.0299.5299.4298.913.5299.4299.3299.014.0299.5299.6299.314

5、.5299.6299.9299.515.0300300.2299.815.5300.2300.116.0300.2300.316.5299.7300.417.0300.1300.217.5299.9300.318.0300300.3185300.119.0300.119.5300.020.0300四、階躍響應(yīng)曲線液位調(diào)節(jié)曲線0 81 10分0砂0訣|屈此只胡輿臃亀老那i蹈felemwkw*吐顧：煩器宓愿ii體？201 2001201 330019m31002662u 苗.2012000201.53002000300027*26u 本？2015082015323857115430pv聽認(rèn)

6、1; 14:49f開結(jié)|日 匕1b戀王佑足宙口圖1鍋爐液位控制系統(tǒng)液位調(diào)節(jié)曲線五. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和階躍響應(yīng)曲線計(jì)算四組pid參數(shù)下系統(tǒng)性能指標(biāo)：衰減率屮、 衰減比八、超調(diào)量。(%)、調(diào)節(jié)時(shí)間ts(min)o衰減比7 = 兒衰減率屮=人一人=1 一丄ys “超調(diào)量 cr = -xl00%y(°°)調(diào)節(jié)時(shí)間ts： 一般是當(dāng)被控量進(jìn)入其穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)時(shí)所需的 吋間。表1-2系統(tǒng)各性能指標(biāo)指標(biāo) 參數(shù)("20%、ti=80 (s)td=10(s)5=10%.ti=80 (s)td=10(s)5=20%>ti=40 (s)td=10(s)6

7、=20%、ti=80 (s)td=20衰減率屮0.9840.9770.9700.953衰減比n66:144:133:121.3:1超調(diào)量。(%)6.64.59.96.3調(diào)節(jié)時(shí)間ts(min)5.54.53.55.52、分析§ (比例帶)、tj (積分時(shí)間)、td (微分時(shí)間)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。(1) 比例帶：當(dāng)§減小時(shí)，引起3變大；減小屮減小，穩(wěn)定性變差。(2) 積分時(shí)間：當(dāng)ti減小時(shí)，引起3變大；i減小屮減小，穩(wěn)定性變差。(3) 微分吋間：引入td，可提高快速性，提高系統(tǒng)的工作頻率；td太大或太 小，都會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)二鍋爐溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解鍋爐溫度

8、控制系統(tǒng)的組成。2建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型：掌握用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法辨識(shí)被控對(duì)象模型（一階 加滯后）的特性參數(shù)。3掌握整定pid參數(shù)的計(jì)算過程。4計(jì)算溫度控制系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)下的性能指標(biāo)。5總結(jié)對(duì)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)。二. 實(shí)驗(yàn)步驟1液位控制系統(tǒng)置于“自動(dòng)”，即閉環(huán)方式，設(shè)定sv=300mmo2出水流量控制系統(tǒng)置于“手操”，即開環(huán)方式，大約使pv=40l/ho3溫度控制系統(tǒng)置于“手操”，設(shè)定outl=10%15%。4等待液位、出水流量和溫度穩(wěn)定下來。5將溫度控制器的“手操”輸出階躍變化5%10%,即設(shè)定outl=15%20%, 同步記錄溫度的pv值（間隔一分鐘記錄一次，大約45分鐘）。6根據(jù)開環(huán)實(shí)

9、驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)記錄溫度開環(huán)階躍響應(yīng)曲線上，計(jì)算機(jī)被 控對(duì)象參數(shù)k、工和t。然后按教材第83頁的表4.1 （另一教材第168頁的表 36）計(jì)算pid參數(shù)§、ti、tdo7溫度控制系統(tǒng)置于“自動(dòng)”，即閉壞方式?jīng)]設(shè)定sv=30°c40°c,把第六步得 到的§、ti、td設(shè)置到控制器中，等待穩(wěn)定下來。8將溫度控制器的“自動(dòng)”輸出階躍變化5°c10°c,即設(shè)定sv二30°c50°c,同 步記錄溫度的pv值（間隔30秒記錄一次，約20分鐘）。9根據(jù)溫度閉環(huán)實(shí)驗(yàn)曲線，在直角坐標(biāo)紙上繪制溫度控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線, 由曲線計(jì)

10、算系統(tǒng)性能指標(biāo)；衰減率屮、衰減比耳、超調(diào)量o、調(diào)節(jié)時(shí)間ts。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2-1溫度開環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間：（min）溫度:(°c)時(shí)間：（min）溫度:(°c)021.22430.0122.72530.2223.22630.2324. 12730.7424.92830.5525.52930.5626. 13030.7726.93130. 7826.83230.9927.33330.91027. 73431.41127.83531.21228. 53631.5132& 43731.61428.93831.41529. 13931.81629.44031.91729.

11、34131.71829.44231.91929.54331.92029.84431.82129.7452229.8462330. 147表2-2溫度閉環(huán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間：(min)溫度:(°c)時(shí)間：(min)溫度:(°c)0.032.012.042.40.532.712.542.51.033.313.042.01.534. 113.542.32.034.214.041.82.535.214.542.43.035.715.042.03.536. 115.542.34.036.416.042.04.537.216.55.037.817.05.53& 417.56.0

12、39.01&06.539.318.57.040.219.07.540.619.58.041.520.0& 541.620.59.041.721.09.542.221.510.042.322.010.542.322. 511.042.523.011. 542.623.5四. 階躍響應(yīng)曲線ss特瞬調(diào)試關(guān)于鍋爐溫度調(diào)節(jié)曲線pvsvmv確認(rèn)屯開總i a 3坦玄王信息宙口11磁爼態(tài)王運(yùn)行系妖« 1&15圖21鍋爐溫度控制系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)曲線五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理31.9°c-21.2°c=10.7°c107x039+21.2=254°c10

13、7x0.63+21.2=279°ctj=320st2=687s (不合適)取 t2=571sto=2 (t2-t|) =2x ( 571-320) =502st =242=2x320-571=698y max minx max 一 * nun100 -010.7=0.713t 69f 502=0.137455 = 0.85 x-> = 0.85 x 0.713 x 0.13745 = 0.08334 = 8.334% p tti=2 t=2x69=138std=0.5 t =0.5x69=34.5s34s衰減比亠上二凹k 0-31衰減率屮=y1-y$ = 1 一丄=0.4 ys “ 超調(diào)量 o- = -xl00% = 4.8% y(°°)調(diào)節(jié)時(shí)間ts=7.0min實(shí)驗(yàn)心得1、這個(gè)實(shí)驗(yàn)包括鍋爐液位控制和鍋爐溫度控制，實(shí)驗(yàn)過程十分 緩慢，一次實(shí)驗(yàn)需