過控實驗報告

1、過程計算機控制系統(tǒng)實驗報告實驗一 組合型過程控制系統(tǒng)簡介及過程控制演示一、 FESTO緊湊型過程控制系統(tǒng)介紹FESTO緊湊型過程控制系統(tǒng)如圖1-1所示，在這套系統(tǒng)上，我們可以進行液位、溫度、壓力、流量的控制。 圖 1-1 二、 組合式過程控制系統(tǒng)介紹結合過程計算機控制系統(tǒng)理論的學習，我們研制了一套組合式過程控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以通過靈活、方便的管路組合，實現過程控制中的五種典型控制方式單回路控制，串級控制、前饋控制、均勻控制和比值控制。三、 主要儀器與設備1、 計算機2、 接口板PCL-812PGPCL-812PG是一塊高性能，高速度的多功能數據采集卡，它適用于IBM PC以及其它兼容機。PC

2、L-812PG在一塊卡上包含了所有的數據采集功能，如：16路A/D，2路D/A，16路DI，16路DO，1路定時器、計數器通道，其中A/D數據采集為12位。PCL-812PG板卡的具體布局如圖1-2。 圖 1-2 圖中： SW1：基地址設定。（220H） CN1：16位數字輸出。 CN2：16位數字輸入。 CN3：模擬輸入/輸出以及記數器/定時器。 JP1、JP2：DMA（直接數據傳輸）通道設定。（NO DMA） JP3：中斷級別設定。（5） JP4：時鐘源設定。（外部時鐘） JP5：內/外部觸發(fā)設定。（內部觸發(fā)） JP6、JP7：D/A參考電壓設定。（內部參考電壓） JP8：內部參考電壓設定

3、。（-10V） JP9：A/D輸入范圍設定。(-10V to +10V) CN3接口管腳說明如圖1-3所示。 圖 1-33、 水箱：水箱如圖1-4所示。技術參數見表1-1。 圖 1-4 表1-1工作溫度最大：+65外部尺寸寬度深度高度240 mm190 mm385 mm材質塑料螺旋接口15 mm 直徑 4、 流量傳感器 流量傳感器如圖1-5，主要技術參數見表1-2。 表 1-2工作電壓5 to 12 V DC工作電流6 to 33 mA輸出信號方波信號，512 V頻率范圍13 to 1200 HZ測量范圍0.5 to 15.0 l/min工作壓力80°C max。 6bar 工作溫度

4、0°C to 65°C接線方式白：電源正綠：電源負褐：輸出+ 圖 1-5 5、 比例閥1094-PMR 比例閥如圖1-6，主要技術指標見表1-3。 表 1-3工作電壓24 V DC功率8 W工作壓力0 to 0.5 bar環(huán)境溫度Max。+55°C媒介自然媒介，如水、壓縮空氣媒體溫度0°C to +65°C 圖 1-61094-PMR比例閥接口如圖1-7所示。端子2：+24V，端子3：24V地，端子4：輸出控制信號。R1：最小流量調節(jié)，R2：最大流量調節(jié)，R3：延遲時間調節(jié)。S1：（on）：中頻（2832），S2：（off） 圖 1-76、 液

5、位傳感器主要技術參數見表1-4 表 1-4工作電壓24 V DC測量范圍0400 mm輸出信號05 V DC工作溫度-40120°C接線方式紅：電源正黑：電源負藍：輸出+7、 溫度傳感器 主要技術參數見表1-5 表 1-5工作電壓24 V DC測量范圍0100 °C輸出信號05 V DC接線方式紅：電源正綠：電源負黃：輸出+8、 管路、接頭、手動閥管路、接頭、手動閥如圖1-8所示。系統(tǒng)所有部件的連接都是直接插拔，非常方便。 圖 1-8實驗二 傳感器、執(zhí)行器實驗一、實驗目的了解傳感器、執(zhí)行器的工作原理，掌握它們在實際過程控制中的應用。 二、實驗要求編程實現系統(tǒng)液位、溫度、流量

6、等模擬量的數據采集以及比例閥開度的控制。三、實驗步驟1、液位傳感器的測試 在水箱內按要求注入不同高度的純凈水，利用萬用表和PCL-812PG板卡的A/D口分別測出液位傳感器的輸出電壓。并在計算機內將其轉換成對應的高度。將測量數據填入下表。 高度輸出250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm萬用表測量值（伏）3.032.471.861.230.61A/D 口測量值 (伏)3.022.481.861.250.61機內轉換高度（mm）247.14198.05149.0299.6148.63相對誤差（%）1.140.9750.6530.392.47 2、 溫度傳感器的測試 改變水箱內水

7、的溫度，用溫度計測量出水溫，同時利用萬用表和PCL-812PG板卡的A/D口測出溫度傳感器的輸出電壓，并在計算機內將其轉換成相應的溫度。將測量數據填入下表。溫度計（度）16.016.216.216.516.5傳感器輸出電壓（伏）0.803220.82510.82270.81290.8300A/D口測量電壓 (伏)0.810.810.810.820.82機內轉換溫度（度）16.06416.503916.45516.259716.601563相對誤差（%）0.41.881.571.460.623、 流量傳感器的測試 調節(jié)手動閥以改變流量傳感器所在管路中的流量，利用PCL-812PG板卡的計數口測量

8、流量傳感器單位時間內輸出的脈沖數，并轉換成對應的流量。將測量結果填入下表。脈沖數（個/秒）054183118流量（l/min）0.3411960.4022750.8420361.3550971.7826454、 比例閥的控制 通過PCL-812PG板卡的D/A口向比例閥輸出控制，比較機內控制電壓與實際輸出電壓，并將結果填入下表?？刂屏浚ǚ?2.557.510測量值（伏）02.474.957.449.93相對誤差（%）01.210.80.7四、思考題1、用傳感器測量過程變量的準確性如何？如果有誤差，可以采取什么方法進行修正？答：使用液位傳感器時測量誤差比較大，溫度傳感器電壓值誤差不大，比例閥實

9、驗中機內電壓和實驗輸出電壓值誤差很小，且十分穩(wěn)定。如果有誤差（1）可以在計算時進行補償，比如計算零點高度，相減后作為實際測量高度。 （2）減小出水閥開度，使出水過程平穩(wěn)，減小波動。實驗三 系統(tǒng)動態(tài)特性的測試一、實驗目的學習單容對象動態(tài)特性的實驗測定方法。 二、實驗要求通過實驗的方法建立液位對象的過程數學模型。 三、實驗步驟利用液位對象的液位與輸出流量的關系建立其模型計算機 測試系統(tǒng)結構如圖3-1所示。 LT 進水 FT 出水 圖3-1 利用液位輸出流量關系建立模型的實驗原理圖 原理 對于液位系統(tǒng)，根據動態(tài)物料平衡關系有 式中： 輸入流量； 輸出流量； 液位高度； A水箱截面積； 、分別為偏離某

10、一平衡狀態(tài)、的增量。在靜態(tài)時，當變化時，、也將發(fā)生變化，由流體力學可知，流體在紊流情況下，與流量之間為非線性關系，為簡化起見，作線性化處理。近似認為與在工作點附近成正比，而與出水閥的阻力（稱為液阻）成反比，即 或 由、，消去中間變量，再求拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數為： 關閉所有出水閥，向水箱內注水至260mm左右，然后按圖3-1將出水閥旋開至適當位置，測量給定液位高度所對應的流量值，填入下表。并根據式求液位對象的模型。h (mm)120160200240（l/min）1.6482731.7337831.8192921.9048024.6778 4.67787 4.6778154.6778

11、3其中水箱的截面積。 四、思考題1、分析可能造成模型不準確的原因。答：原因有： （1）液位傳感器和流量傳感器存在誤差（2）出水閥開度選擇不恰當，導致實驗過程不穩(wěn)定，存在干擾，誤差變大。（3）為簡化計算而作線性化處理，近似為Q和h在工作點附近成正比，與出水閥阻力R2成反比，由此引起誤差。實驗四 液位單回路控制系統(tǒng)的設計及參數整定一、實驗目的掌握過程計算機控制系統(tǒng)的單回路控制方式。 二、實驗要求設計單容水箱的液位單回路控制系統(tǒng)，實現液位的定值控制，并對系統(tǒng)進行參數整定。 三、實驗內容1、按照圖4-1，在組合式實驗裝置上通過選擇管路，構造液位單回路控制系統(tǒng)。計算機MLI 進水 出水圖 4-1 液位單

12、回路控制系統(tǒng)原理圖2、 畫出液位單回路控制系統(tǒng)方框圖。實際液位液位設定值水箱執(zhí)行閥液位控制器液位傳感器3、 根據液位對象的數學模型，選擇系統(tǒng)的采樣周期 0.5s 。 4、 運用經驗法確定數字調節(jié)器的參數根據經驗公式，選擇調節(jié)器參數、和值。觀察不同參數情況下的控制效果，最終確定較為滿意的調節(jié)器參數。實驗次數調節(jié)器參數性能指標11111.672%45.6s2110.51.502%44.5s310.511.250%46.4s40.5110.576%50.5s四、思考題1、在控制過程中遇到了哪些問題，你是如何解決的？為了提高控制效果，你在控制算法上還采取了哪些措施？答：（1）采用增量式PID控制算法（

13、2）采用過限削弱積分法，防止失控現象（3）采用控制變量法調整調節(jié)器參數實驗五 流量單回路控制系統(tǒng)的設計及參數整定一、實驗目的掌握過程計算機控制系統(tǒng)的一般設計方法。 二、實驗要求根據流量對象的特點，設計流量定值控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行參數整定，使系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能指標和抗干擾能力。 三、實驗步驟1、按照圖5-1，在組合式實驗裝置上通過選擇管路，構造流量單回路控制系統(tǒng)。計算機M FT 進水 出水圖5-1 流量單回路控制系統(tǒng)原理圖2、 畫出流量單回路控制系統(tǒng)方框圖。實際流量流量設定值管道執(zhí)行閥流量控制器流量傳感器3、 根據流量對象的特點，選擇系統(tǒng)的采樣控制周期 0.5s 。4、 選擇調節(jié)器參數，進行流量控制，記錄控制結果，并就不同參數下的控制效果進行定性討論?？刂破鲗嶒灤螖礟ID10.110.59.901620.11013.217.530.5109.901640.50.5011.0118.5四、思考題1、流量對象與液位對象有什么區(qū)別？流量控制系統(tǒng)的參數整定要注意哪些問題？答：區(qū)別：（1）液位對象需要同時考慮進水和