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(jìn)行液位、溫度、壓力、流量的控制。1圖 1-1二、組合式過程控制系統(tǒng)介紹結(jié)合過程計算機控制系統(tǒng)理論的學(xué)習(xí)， 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(xiàn)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(shè)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(shù)據(jù)采集卡，它適用于IBM PC以及其它兼容機。 PCL

2、-812PG在一塊卡上包含了所有的數(shù)據(jù)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(shù)器通道，其中 A/D 數(shù)據(jù)采集為 12 位。 PCL-812PG板卡的具體布局如圖 1-2 。圖 1-22圖中：SW1 ：基地址設(shè)定。（220H）CN1：16 位數(shù)字輸出。CN2：16 位數(shù)字輸入。CN3：模擬輸入 /輸出以及記數(shù)器 /定時器。JP1 、 JP2：DMA（直接數(shù)據(jù)傳輸）通道設(shè)定。 （ NO DMA）JP3 ：中斷級別設(shè)定。（ 5）JP4 ：時鐘源設(shè)定。（外部時鐘）JP5 ：內(nèi) / 外部觸發(fā)設(shè)定。（內(nèi)部觸發(fā)）JP6 、 JP7：D/A 參考電壓

3、設(shè)定。（內(nèi)部參考電壓）JP8 ：內(nèi)部參考電壓設(shè)定。（-10V）JP9： A/D 輸入范圍設(shè)定。 (-10V to+10V)CN3 接口管腳說明如圖1-3 所示。圖 1-333、 水箱：水箱如圖 1-4 所示。技術(shù)參數(shù)見表 1-1。圖 1-4表 1-1工作溫度最大： +65 O C外部尺寸寬度240 mm深度190 mm高度385 mm材質(zhì)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(shù)參數(shù)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 HZ4測量范圍0.5 to 15.

4、0 l/min工作壓力80° C max 。 6bar工作溫度0° C to 65 ° C白：電源正接線方式綠：電源負(fù)褐：輸出 +圖 1-55、 比例閥 1094-PMR比例閥如圖 1-6 ，主要技術(shù)指標(biāo)見表1-3 。表 1-3工作電壓24VDC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(diào)節(jié)，R2：最大流量調(diào)

5、節(jié)，R3：延遲時間調(diào)節(jié)。5S1：（on）：中頻（ 2832），S2：（off ）圖 1-76、 液位傳感器主要技術(shù)參數(shù)見表1-4表 1-4工作電壓24VDC測量范圍0 400 mm輸出信號05 V DC工作溫度-40 120° C紅：電源正接線方式黑：電源負(fù)藍(lán)：輸出 +7、 溫度傳感器主要技術(shù)參數(shù)見表1-5表 1-5工作電壓24VDC測量范圍0100 ° C輸出信號05 V DC6紅：電源正接線方式綠：電源負(fù)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?zāi)康牧私鈧?/p>

6、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(yīng)用。二、實驗要求編程實現(xiàn)系統(tǒng)液位、 溫度、流量等模擬量的數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的高度。將測量數(shù)據(jù)填入下表。高度輸出萬用表測量值（伏）250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm3.032.471.861.230.61A/D 口測量值 (伏 )3.022.481.861.250.617機內(nèi)轉(zhuǎn)換高度 （ mm）相對誤差（ %）247.14198.051

7、49.0299.6148.631.140.9750.6530.392.472、溫度傳感器的測試改變水箱內(nèi)水的溫度，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(nèi)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。將測量數(shù)據(jù)填入下表。溫度計（度）傳感器輸出電壓（伏）A/D 口測量電壓(伏 )機內(nèi)轉(zhuǎn)換溫度（度）相對誤差（ %）16.016.216.216.516.50.803220.82510.82270.81290.83000.810.810.810.820.8216.6015616.06416.503916.45516.259730.41.881.571.46

8、0.623、流量傳感器的測試調(diào)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(shù)口測量流量傳感器單位時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量。將測量結(jié)果填入下表。脈沖數(shù)（個 /秒）流量（ l/min ）0541831180.402270.842031.355091.782640.34119656754、比例閥的控制8通過 PCL-812PG 板卡的 D/A 口向比例閥輸出控制， 比較機內(nèi)控制電壓與實際輸出電壓，并將結(jié)果填入下表。控制量（伏）測量值（伏）相對誤差（ %）02.557.51002.474.957.449.9301.210.80.7四、思考題1、用傳感器測量過

9、程變量的準(zhǔn)確性如何？如果有誤差，可以采取什么方法進(jìn)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，比例閥實驗中機內(nèi)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(jìn)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?zāi)康膶W(xué)習(xí)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(shù)學(xué)模型。三、實驗步驟利用液位對象的液位與輸出流量的關(guān)系建立其模型9 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1 所示。計算機進(jìn)水LTFT出水圖 3-1 利用液位輸出流量關(guān)系建立模型的實驗原理圖

10、 原理對于液位系統(tǒng)，根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有QiQOA d hdt式中：Qi 輸入流量；QO 輸出流量；h 液位高度；A 水箱截面積；Qi 、QO 、h 分別為偏離某一平衡狀態(tài)Qi 0 、 QO 0 、 h0 的增量。在靜態(tài)時， QiQO ， d h0 ，當(dāng) Qi 變化時， h 、 QO 也將發(fā)生變化，dt由流體力學(xué)可知，流體在紊流情況下， h 與流量之間為非線性關(guān)系，為簡化起見，作線性化處理。近似認(rèn)為 QO 與 h 在工作點附近成正比，而與出水閥的阻力 R2 （稱為液阻）成反比，即QOh或 R2hR2Q0由、，消去中間變量QO ，再求拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數(shù)為：H (S)R2KW(S)

11、R2AS 1TS 1Qi (S) 關(guān)閉所有出水閥，向水箱內(nèi)注水至260mm 左右，然后按圖3-1 將出水閥旋開至適當(dāng)位置，測量給定液位高度所對應(yīng)的流量值，填入下表。10并根據(jù)式求液位對象的模型。h (mm)120160200240QO （ l/min ）1.6482731.7337831.819292 1.904802R24.67784.677874.677815R24.67783其中水箱的截面積A190mm175mm 。W (S)4.6778315.55s1四、思考題1、分析可能造成模型不準(zhǔn)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(dāng)，導(dǎo)致實驗過程不穩(wěn)

12、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(shè)計及參數(shù)整定一、實驗?zāi)康恼莆者^程計算機控制系統(tǒng)的單回路控制方式。二、實驗要求11設(shè)計單容水箱的液位單回路控制系統(tǒng)，實現(xiàn)液位的定值控制，并對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定。三、實驗內(nèi)容1、按照圖 4-1，在組合式實驗裝置上通過選擇管路，構(gòu)造液位單回路控制系統(tǒng)。計算機M進(jìn)水LI出水圖 4-1 液位單回路控制系統(tǒng)原理圖2、畫出液位單回路控制系統(tǒng)方框圖。液位設(shè)定值實際液位液位控制器執(zhí)行閥水箱液位傳感器3、根據(jù)液位對象的數(shù)學(xué)模型，選擇系統(tǒng)的采樣周期TS0.5

13、s。4、運用經(jīng)驗法確定數(shù)字調(diào)節(jié)器的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗公式，選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)K C 、 TI 和 TD 值。觀察不同參數(shù)情況12下的控制效果，最終確定較為滿意的調(diào)節(jié)器參數(shù)。調(diào)節(jié)器參數(shù)性能指標(biāo)實驗次數(shù)K CTITD0t S011111.672%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（2）采用過限削弱積分法，防止失控現(xiàn)象（3）采用控制變量法調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)實驗五流量單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計及參數(shù)整

14、定一、實驗?zāi)康恼莆者^程計算機控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法。二、實驗要求根據(jù)流量對象的特點，設(shè)計流量定值控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定，13使系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能指標(biāo)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(gòu)造流量單回路控制系統(tǒng)。計算機進(jìn)水MFT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。流量設(shè)定值實際流量流量控制器執(zhí)行閥管道流量傳感器3、根據(jù)流量對象的特點，選擇系統(tǒng)的采樣控制周期TS0.5s。4、選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，進(jìn)行流量控制，記錄控制結(jié)果，并就不同參數(shù)下的控制效果進(jìn)行定性討論。控制器實驗次數(shù)KCTITD0t S0PID10.110.59.90161420.11013.217.530.5109.901640.50.5011.0118.5四、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(shù)整定要注意哪些問題？答：區(qū)別：（1）液位對象需要同時考慮