過程控制工程實驗報告

1、成績過程控制工程實驗報生 口班級：自動化10-2姓名曾鑫學號：10034080239指導老師：康玨實驗一液位對象特性測試（計算機控制）實驗一、實驗目的通過實驗掌握對象特性的曲線的測量的方法，測量時應注意的問題，對象模型參數(shù)的求取方法。二、實驗項目1 .認識實驗系統(tǒng)，了解本實驗系統(tǒng)中的各個對象。2 .測試上水箱的對象特性。三、實驗設備與儀器1 .水泵I2 .變頻器3 .壓力變送器4 .主回路調節(jié)閥5 .上水箱液位變送器6 .上水箱7 .牛頓模塊（輸入和輸出）四、實驗原理1 .實驗系統(tǒng)的流程圖和方框圖見圖2-1-a和圖2-1-bV3u(k) SV水泵 p內(nèi)控外控圖3-6- b上水箱特性 測試（計算

2、機控制）系 統(tǒng)框圖水箱D/A模塊計算機PVA/D 模塊3-6- c計算機控制 恒壓供水系統(tǒng)框圖2-1-a圖圖3-6-a上水箱特性 測試（計算機控制）流 程HSVJ/A模塊計算機調節(jié)閥上水箱 2-1- b圖2.對象特性參數(shù)的求取K的求取1）放大倍數(shù) y/（ymax K上水箱特性 測試（計算 機控制）系 統(tǒng)框圖：）ymin）x x/（x minmaxx調節(jié)器輸出電流的變化量式中：X 調節(jié)器輸出電流的上限值axmx一調節(jié)器輸出電流的下限值inmy 被測量的變化量y -被測量的上限值axmy 被測量的下限值 由2）一階對象傳遞函數(shù) KseG 0lsT 0K廣義對象放大倍數(shù)（用前面公式求得）T）63.2

3、%所需要的時間一一廣義對象時間常數(shù)（為階躍響應變化到新穩(wěn)態(tài)值的0）（測量前要使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下， 1。測 以便推算出純滯后時間。 須所加擾動即響應的純滯后，直接從圖測量出一一廣義對象時滯時間T五、注意事項反應曲線的初始點應是輸入信號的開始作階躍信號的.量與記錄工作必瞬間，這一段時間必須在記錄紙上標出， 應是額定值的10%左右。2.六、實驗說明及操作步驟1 .了解本實驗系統(tǒng)中各儀表的名稱、基本原理以及功能，掌握其正確的接線與使用方法，以便于 在實驗中正確、熟練地操作儀表讀取數(shù)據(jù)。熟悉實驗裝置面板圖，做到根據(jù)面板上儀表的圖形、 文字符號找到該儀表。熟悉系統(tǒng)構成和管道的結構，認清電磁閥和手動閥的位

4、置及其作用。2 .將上水箱特性測試（計算機控制）所用實驗設備，參照流程圖和系統(tǒng)框圖接好實驗線路。3 .確認接線無誤后，接通電源，點擊實驗選擇按鈕，選擇一運行組態(tài)王，在工程管理器中啟動“上水箱液位測試實驗”4.階液位對象設定按鈕設定系統(tǒng)的輸入信號值，點擊實時曲線 PID5.手動/自動將按鈕切換到手動，點擊按鈕觀察輸出曲線。u （k設定中，點擊），設定一數(shù)值使系統(tǒng)液位處于某一平衡位置（設定的數(shù)值過大在6.PID會影響系統(tǒng)穩(wěn)定所需的時間）。7 .改變u （k）輸出，給系統(tǒng)輸入幅值適宜的正向階躍信號（階躍信號在5%-15%之間），使系統(tǒng)的輸出信號產(chǎn)生變化，上水箱液位將上升到較高的位置逐漸進入穩(wěn)態(tài)。8

5、.點擊歷史曲線按鈕，觀察計算機中上水箱液位的正向階躍響應曲線，直至達到新的平衡為止。9 .改變u （k）輸出，給系統(tǒng)輸入幅值與正向階躍相等的一個反向階躍信號，使系統(tǒng)的輸出信號產(chǎn)生變化，上水箱液將下降至較低的位置逐漸進入穩(wěn)態(tài)。10 .點擊歷史曲線按鈕，觀察計算機中上水箱液經(jīng)的反向階躍響應曲線，直至達到新的平衡為止11 .曲線的分析處理，對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理，處理結果記錄于表格2-1 o表2-1階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表參數(shù)值液位測量情況K To t2.4 5.5 30正向輸入 2.2 5.4 35 反向輸入 2.35.4532.5平均值七、實驗報告3八、思考問題1 .本實裝置液位測

6、量利用的是什么原理？答：本實驗液位測量用的是差壓變送器，通過壓力平衡原理來測量液位；2 . K、T、°的改變對控制過程各有什么影響？答：K、T、。的改變對控制過程的影響是：K變大，誤差變小，T增大，產(chǎn)品質量變差，。變大，產(chǎn)品質量變差；3 .為什么壓力變送器輸出到調節(jié)器時要并接250 Q的電阻？答：差壓變送器的信號輸出為420mA將輸出的電流信號變?yōu)?5V的電壓信號輸入到調節(jié)器,因此要并接一個 250 Q的電阻。實驗二 壓力控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定實驗【實驗目的】1、熟悉單閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點、組成及工作原理。2、熟悉控制器PID參數(shù)對過渡過程的影響。3、掌握單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計及控制器參

7、數(shù)整定方法。4、培養(yǎng)學生對檢測系統(tǒng)的綜合應用能力。5、 通過理論聯(lián)系實際，加強對學生實踐動手能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！緦嶒炘韴D】【實驗內(nèi)容】按壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)接線圖接好實驗導線1. /外控開關打到外控端。2.檢查接線無誤后接通總電源和各儀表電源。將面板上的變頻器內(nèi)PID參數(shù)的整定3.內(nèi)容看課本衰減曲線法、反應曲線法等，整定的方法可用單回路整定時的經(jīng)驗湊試法、P52-P55,可任選一種方法。【實驗說明及操作步驟】，點擊運行，進入壓.打開計算機組態(tài)王軟件的工程管理器，選中“壓力單閉環(huán)控制實驗”1力控制實驗界面。設定界 PIDPID設定按鈕”，調出2.點擊“自動/手動”按鈕，使系統(tǒng)在自動狀 態(tài)

8、，點擊“面。參數(shù)值置于控制器中，觀察壓力變化的曲線， 調整參數(shù)觀察計算機控制PID3 .將整定所得的效果。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其壓力的變化曲線，不斷改變控制參數(shù)，的要求為止。：1直至過渡過程曲線符合 4 .對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理，處理40345653參數(shù)【注意事項】 注意變頻器外控開關一定要置于外控端才能接受控制信號的輸入。1.牢記本次實驗的接線方法，在以后的實驗中用到的恒壓供水就是按本次實驗的接法。. 26【數(shù)據(jù)記錄與處理參數(shù)情測量況1壓力K1T1T 11階躍507282階躍501075平均值5088.56.5【實驗報告內(nèi)容】實驗題目 實驗目的實驗設備實驗原理控制

9、流程圖參數(shù)整定測試數(shù)據(jù)簡單設計過程【思考問題】.進行控制系統(tǒng)投運和整定之前，應做好哪些準備工作？1應掌握控制系統(tǒng)的設計意圖答：1熟悉有關主輔設備運行情況以及它們對控制品質要求；、和具體結構；應了解和熟悉系統(tǒng)中各類自動化儀表，操作熟練。、自動控制裝置的校驗和確定儀表靜態(tài)配合。2仔細檢查系統(tǒng)各組成部分的安裝按控制系統(tǒng)設計圖紙，自動控制系統(tǒng)的線路檢查， 3 、與連接情況。:曲線圖實驗三上水箱液位和流量串級系統(tǒng)（計算機控制）一、實驗目的1 .通過實驗掌握串級控制系統(tǒng)的基本概念，掌握串級控制系統(tǒng)的組成結構，即主被控參數(shù)、副 被控參數(shù)、主調節(jié)器、副調節(jié)器、主回路、副回路。2 .通過實驗掌握串級控制系統(tǒng)的特

10、點、串級控制系統(tǒng)的設計，掌握串級控制主、副控制回路的 選擇。掌握串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法，并將串級控制系統(tǒng)參數(shù)投運到實驗中。二、實驗項目1 .掌握串級控制系統(tǒng)的組成及特點并連線構成一個液位-流量串級控制系統(tǒng)。2 .將上述串級控制系統(tǒng)投入自動。3 .對該系統(tǒng)進行調節(jié)器參數(shù)整定，使系統(tǒng)的階躍響應出現(xiàn)4: 1衰減比。三、實驗設備與儀器1 .水泵I2 .壓力變送器3 .變頻器4 .牛頓模塊（輸入、輸出）5 .上水箱液位變送器6 .流量計7 .調節(jié)閥四、實驗原理1.上水箱液位和流量串級控制系統(tǒng)的控制流程圖和系統(tǒng)框圖見圖5-1-a和圖5-1-boDD1調節(jié)閥流量pid設定ipid設定2SPPVPVQ流量變

11、送器液位變送器身液H圖5-1-b上水箱液位和流量串級控制系統(tǒng)框圖（計算機控制）圖41液位一流量鵑級控制實險原理圖5-1-a圖V3內(nèi)控外控h計算機Q圖5-4-a 上水箱液位和流量串級控制（計算機）流程5-1-a水箱水箱水箱IVTSUBISHIMI圖.對串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定應采用先副后主的整定方法，或將副調節(jié)器的參數(shù)按經(jīng)驗給2整定的方法可用單回路整定時的經(jīng)驗湊步驟參考下面內(nèi)容。定，再對主回路進行一步整定，試法、衰減曲線法、反應曲線法等。串級控制系統(tǒng)參數(shù)的整定兩步整定法）（1第一步：整定副回路的控制器參數(shù)；第二步：整定主控制器參數(shù)。在系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定，主、副回路均閉和的條件下，將主控制器比例度置于

12、 整定方法直接整：%,積分時間給到最大，微分時間給到最小。然后按10041 10定副回路，彳f觀察到 4:1的振蕩過程時，記下此時的比例度62,及振蕩周期 T2o將副控制器的比例度固定在62,積分時間給到最大， 微分時間放到最小。 用同樣的方法整定主回路，直至主參數(shù)出現(xiàn) 4: 1衰減振蕩過程，記下此時的比例度61,及振蕩周期 T1 o將按上述步驟求出的5 1 , T1 ,6 2, T2按所用的4: 1衰減曲線法求出主、 副控制器的參數(shù)。 按“先主后副，先比例再積分后微分”的原則，將計算得到的控制器參數(shù)置于 各控制器上。觀察記錄曲線，如不夠滿意，可適當進行微小調整，直至曲線符合要求為止。）一步整

13、定法（2根據(jù)經(jīng)驗將副控制器參數(shù)一次過給定，然后按單閉環(huán)系統(tǒng)的方法整定主控制 器參數(shù)。在穩(wěn)定工作條件下，按下表選好副控制器參數(shù)。副參數(shù)5 2比例度K2 放大倍數(shù)溫度20 601.7 5 壓力70 3031.480 40 2.51.25液位802051.25利用單回路控制系統(tǒng)的任一種整定方法來整定主控制器參數(shù)。觀察過渡過程曲線，根據(jù) K值匹配原理，適當調節(jié)主控制器的參數(shù)，使主控制器的控制精度 達到要求。如果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，只要加大主、副控制器的任一個比例度，即可消除。五、注意事項1 .加干擾應在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下進行。2 .組態(tài)王軟件中，下標為 1的是副回路參數(shù)，下標為2的是主回路參數(shù)。六、實驗說明及

14、操作步驟1 .打開計算機組態(tài)王軟件的工程管理器，選中“串級實驗”，點擊運行，進入串級實驗界面。2 .點擊“自動/手動”按鈕，使系統(tǒng)在自動狀態(tài)，點擊“ PID設定按鈕”，調出PID設定界面3 .投入?yún)?shù)，觀察液位和流量的曲線，調整參數(shù)觀察計算機控制的效果。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其液位的變化曲線。4 .再等系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)下水箱加干擾信號，觀察下水箱液位變化的曲線。七、實驗報告1 .根據(jù)實驗結果編寫實驗報告。2 .按4: 1衰減曲線控制器參數(shù)計算表填寫表格中的數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)查表計算值最終整定法Ts / min Ti / min 6終/ % S / % Ti 終/ 6s % /

15、 min 控制器 10 999 30 600 48 800 主控制器 1530043 30053350副控制器3 .整理并附上記錄儀的下列過渡過程曲線：(1)整定副調節(jié)器時得到的4:1衰減曲線。(2)整定主調節(jié)器時得到的4:1衰減曲線。H1的過渡過程曲線。H1的過渡過程曲線。(3)主副調節(jié)器參數(shù)整定后，干擾作用于上水箱中，主變量(4)主副調節(jié)器參數(shù)整定后，干擾作用于流量中，主變量甲級徨制歷總曲線|八1,巧史曲個一即2歷史曲當5*2歷史皿話實驗四 流量比值控制系統(tǒng)(計算機控制)一、實驗目的1 .通過實驗加深了解比值控制系統(tǒng)的基本概念、比值控制系統(tǒng)的結構組成。2 .掌握比值系數(shù)的計算，掌握比值控制

16、系統(tǒng)的參數(shù)整定。二、實驗項目1 .掌握比值控制系統(tǒng)的組成及特點并連線構成一個比值控制系統(tǒng)。2 .將上述控制系統(tǒng)投入自動。3 .對該系統(tǒng)進行調節(jié)器參數(shù)整定。、實驗設備與儀器121 .水泵I2 .壓力變送器3 .變頻器4 .主回路調節(jié)閥、主回路流量計5 .副回路調節(jié)閥、副回路流量計6 .比例器7 .牛頓模塊（輸入、輸出）8 .上水箱、中水箱四、實驗原理1 .流量比值控制系統(tǒng)的控制流程圖和系統(tǒng)框圖見圖6-1-a和圖6-1-bV3V4計算機u(k) Q水箱內(nèi)控外控MITSUBISHI水箱Q圖水箱IV圖6-2-a流量比值才S制系統(tǒng)（計算機）流程6-1-a衛(wèi)-主注盤 十 比可耀PID +*（調節(jié)閥 口 副

17、時象Inr*ZJLT氫流量圖6-1- b流量比值控制系統(tǒng)框圖（計算機控制）2 .比值系數(shù)的計算當流量變送器的輸出電流與流量成線性關系時，流量從0Q時，變送器對應的輸MAX出電流為4 20毫安。任一瞬時流量 Q對應的變送器輸出電流信號為：I = Q/Q X 16 mA + 4 mAMAX則主副流量變送器的輸出電流信號為：I =Q/Q X 16 mA + 4 mA1MAX11 13I =Q/Q X 16 mA + 4 mA2MAX22主流量信號I經(jīng)分流器分流后送到調節(jié)器的外給定端，而副流量信號I則進入調節(jié)器21的測量端。調節(jié)器選用PID控制規(guī)律，當系統(tǒng)穩(wěn)定時：I = Kc x I 12Kc為比例器

18、比值系數(shù)。當生產(chǎn)工藝要求兩種物料比值k= Q / Q時，可得：12IQQQ-4416/ MAXMAX1 222K cQQIQ- 4/4 16 MAXMAX2111五、注意事項1 .本實驗需要設置的參數(shù)如下：KP=3（參考值）（比例增益）Ti=18（參考值）（積分時間秒）Td=0（參考值）（微分時間秒）Sp（計算機控制給定值）U （k）（計算機輸出值）PV2（主流量檢測值）PV（副流量檢測值）Kc（比值系數(shù)）2 .本實驗需要恒壓供水。比值：0.5比值：114控制閥流量特性測試實驗五【實驗目的】 認識實驗裝置，了解電動制閥的工作原理；1.掌握對象模型參數(shù)的求取方法。2.【實驗原理】）20mA輸出。（20mA）控制開度，并有閥位反饋電流44電動控制閥是受調節(jié)閥流量特性測試實驗原理圖調節(jié)閥流量特性曲線-264 口!* -S1736F36SD 100 1£D 劉口 2EO XD J5D <0 490 5D0 55D SOO KO 750 BQ0 850 900 - 1EOD由世回國畫畫回畫畫00召國無巴I地捌棚加mi| do -Ooi. io：t'T U 二15【實驗內(nèi)容】1 按附圖調節(jié)閥特性測試實驗接線圖將實驗導線接好。 將控制器的 Sn 參數(shù)設為 33 diL 參數(shù)值設為 0， diH 設為 100。2 檢查接線無誤