實驗指導(dǎo)說明

1、實驗一 單容水箱特性測試實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型，掌握單容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法；2.根據(jù)實驗測得的液位階躍響應(yīng)曲線，確定其特征參數(shù)K、及傳遞函數(shù)。二、 實驗設(shè)備及參考資料1、PCS過程控制實驗裝置（使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、AI818智能調(diào)節(jié)儀一臺、上水箱及液位變送器、水泵1系統(tǒng)等）2、AI-818儀表的操作說明書，智能電動調(diào)節(jié)閥使用手冊和液位變送器的調(diào)試（一般出廠之前已調(diào)試好）方法。三、實驗原理階躍響應(yīng)測試法是被控對象在開環(huán)運行狀態(tài)下，待工況穩(wěn)定后，通過控制器手動操作改變對象的輸入信號（階躍信號），同時記錄對象的輸出數(shù)據(jù)和階躍響應(yīng)曲線。然后根據(jù)跟定對象模型的形式，對實

2、驗數(shù)據(jù)進行合理的處理，確定模型中的相關(guān)參數(shù)。具有自衡能力的單容水箱示意圖如圖2.1所示。圖2.1 具有自衡能力的單容水箱示意圖根據(jù)物料平衡方程，可得出單容液位過程的傳遞函數(shù)為 （2.1）考慮到對象的滯后時間，則單容液位過程的傳遞函數(shù)可用式（2.2）表示 （2.2）通過實驗的方法，可以測得一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)模型。實驗方法如下：圖2.2 具有純滯后的一階慣性對象的S型階躍響應(yīng)曲線1手動改變控制器的輸出信號，觀察被控變量的變化過程。2由階躍響應(yīng)曲線計算被測對象的特征參數(shù) 對象的近似模型： （2.3）由圖2.2可得，穩(wěn)態(tài)增益為： （2.4）純滯后時間與時間常數(shù)分別為 ： （2.5） （2.6）四、實驗

3、內(nèi)容與步驟1了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖2.3所示。增壓泵計算機HT上水箱1下水箱電動閥1V11V10V4V6儲水箱圖2.3 上水箱單容特性測試實驗流程圖2按圖2.4接好實驗導(dǎo)線和通訊線。圖2.4 上水箱單容特性測試實驗接線圖3將控制臺背面的通訊口與上位機連接。4、先打開實驗對象的系統(tǒng)電源，然后打開控制臺上的總電源，再打開儀表電源。5長按2秒第一個按鍵，進入編輯狀態(tài)，然后設(shè)置參數(shù)CtrL=1; Run=0;6設(shè)置閥門開度值，使上水箱液位處于某一平衡位置，記下此時的閥門開度值和電流值。7增大閥門開度值，使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號（階躍信號不要太大，估計上水箱水不要溢出），這時系統(tǒng)輸出也有一

4、個變化的信號，使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。記下此時的電流值。8觀察水箱的液位高度，并且記錄液位的高度和對應(yīng)的時間，直至達到新的平衡為止。9將閥門開度設(shè)置回原來的值，記錄一條液位下降的曲線。10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(jié)果記錄于表中。五、實驗報告要求 1. 畫出單容水箱液位特性測試實驗的結(jié)構(gòu)框圖。 2. 根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計算出單容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。 六、思考題1. 做本實驗時，為什么不能任意改變出水閥V4開度的大?。?2. 用響應(yīng)曲線法確定對象的數(shù)學(xué)模型時，其精度與那些因素有關(guān)？七、水箱液位高度和對應(yīng)時間表 高度時間PID高度時間

5、PID實驗二 電動閥支路單容液位控制一、實驗?zāi)康?、了解簡單過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成及儀表的應(yīng)用（熟悉儀表的操作） 2、掌握簡單過程控制的原理及儀表使用二、 實驗設(shè)備及參考資料1、PCS過程控制實驗裝置（使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、AI818智能調(diào)節(jié)儀一臺、上水箱及液位變送器、水泵1系統(tǒng)等）2、AI-818儀表的操作說明書，智能電動調(diào)節(jié)閥使用手冊和液位變送器的調(diào)試（一般出廠之前已調(diào)試好）方法。三、 實驗系統(tǒng)流程圖： 四、 實驗原理本實驗采用儀表控制,將液位控制在設(shè)定高度。根據(jù)上水箱液位信號輸出給儀表,儀表根據(jù)P、I、D參數(shù)進行PID運算，輸出信號給電動調(diào)節(jié)閥，然后由電動調(diào)節(jié)閥控制水泵1供水系統(tǒng)的進水流量，

6、從而達到控制液位恒定的目的。電動閥支路單容液位控制的方塊原理圖如下：五、實驗步驟1、按附圖電動閥支路單容液位控制實驗接線示意圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。2、將控制臺（柜）背面的通訊口與上位機連接。 3、將手動閥門1V1、V4打開，將手動閥門1V3、1V6、1V7、LV關(guān)閉。 （B型：將手動閥門1V1、V4打開，將手動閥門1V3、1V7關(guān)閉。）4、先打開實驗對象的系統(tǒng)電源，然后打開控制臺上的總電源，再打開儀表電源。5、整定參數(shù)值的計算整定參數(shù)值可按下列“階躍反應(yīng)曲線整定參數(shù)表”。 階躍反應(yīng)曲線整定參數(shù)表控制規(guī)則 控制器參數(shù) TI TD P s PI 1.2s 0.5Ts PID 0.8s 0.3Ts

7、 0.1Ts6、長按2秒第一個按鍵，進入編輯狀態(tài)，然后設(shè)置參數(shù)設(shè)置智能調(diào)節(jié)器參數(shù)，其需要設(shè)置的參數(shù)如下：（未列出者用出廠默認(rèn)值） SV=20 （參考值） Addr=1 Dl=1Run=1 CtrL=1 P=15 （參考值） I=50 （參考值） d=0 （參考值） Sn=33 dIL=0 dIH=50 CF=0 具體請詳細(xì)閱讀調(diào)節(jié)器使用手冊7、待液位穩(wěn)定于給定值后，通過以下方式加干擾：突增（或突減）設(shè)定值的大小，使其有一個正（或負(fù)）階躍增量的變化。 擾動量為控制量的515，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)

8、定值，記錄此時的液位設(shè)定值。8觀察水箱的液位高度，并且記錄液位的高度和對應(yīng)的時間，直至達到新的平衡為止。9將閥門開度設(shè)置回原來的值，記錄一條液位下降的曲線。10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(jié)果記錄于表中。15、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(jié)果記錄于表中。 階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 參數(shù)值測量情況 液位1 液位2 K1 T1 1 K2 T22 階躍1 階躍2 平均值按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告，并根據(jù)K、T、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。六、 思考建議根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定PID控制與儀表自整定PID有什么區(qū)別。七、水箱液位高度和對應(yīng)時間表高度時間PID高度

9、時間PID實驗三 串級控制實驗一、實驗?zāi)康?熟悉串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點。 2掌握串級控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定方法。3了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主變量的影響。二、實驗設(shè)備1PCS-C型過程控制綜合實驗裝置(DDC控制單元、信號及控制板)。2計算機及MCGS組態(tài)軟件(PCS-C-DDC.MCG)。3實驗專用線若干及九芯通訊線兩根。三、實驗原理本實驗采用計算機控制,將下水箱液位控制在設(shè)定高度。串級回路是由內(nèi)反饋組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)，屬于復(fù)雜控制范疇。在計算機中設(shè)置了兩個虛擬控制器作為主副控制器。將上水箱的液位信號輸出作為主控制器輸入，主控制器的輸出作為副控制器的輸入，在串級控制系統(tǒng)

10、中，兩個控制器任務(wù)不同，因此要選擇控制器的不同調(diào)節(jié)規(guī)律進行控制，副控制器主要任務(wù)是快速動作，迅速抵制進入副回路的擾動，至于副回路的調(diào)節(jié)不要求一定是無靜差。主控制器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持下水箱液位在設(shè)定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考慮采用PID控制器。上下水箱液位串級控制系統(tǒng)的方塊原理圖如圖4.2所示。圖4.1 液位串級控制系統(tǒng)塊原理圖串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定參考本章概述部分內(nèi)容。四、實驗步驟與內(nèi)容1了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖4.2所示。增壓泵計算機頻器HTHT上水箱1下水箱電動閥1V1V4V61V10儲水箱 圖4.2 上下水箱液位串級控制系統(tǒng)流程圖2按圖4.3接好實驗導(dǎo)線和通訊線。圖4.

11、3上下水箱雙容串級控制實驗接線圖（高聯(lián)實驗臺）上下水箱雙容串級控制實驗接線圖（云創(chuàng)實驗臺）3將控制臺背面的通訊口與上位機連接。4將手動閥門1V1、V4、V6打開，將手動閥門1V6、1V7、LV關(guān)閉。5先打開實驗對象的系統(tǒng)電源，然后打開控制臺上的總電源，再打開直流電壓和DDC控制單元電源。6打開計算機上的 MCGS運行環(huán)境，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現(xiàn)如下界面。圖4.4 用戶登錄界面7點擊“確認(rèn)”，用戶登錄完畢。選擇“串級控制實驗”下拉菜單中的“上下水箱雙容控制實驗”。出現(xiàn)如下的“上下水箱雙容串級控制實驗”界面。圖4.5上下水箱雙容串級控制實驗界面8點擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)如下界

12、面。圖4.6 參數(shù)設(shè)置界面9將AI0、AI1都設(shè)置為050。點擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。10按本章第一節(jié)中的整定法，選擇控制規(guī)律，并按整定后的PID參數(shù)進行調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。 Ts=1 （參考值） SV=20 （參考值） Kc1=5 （參考值） Ti1=100 （參考值） Td1=0 （參考值） Kc2=1.5 （參考值）Ti2=100 （參考值） Td2=0 （參考值）11.選擇計算機控制方式。12在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、上水箱1輸出信號、下水箱輸出信號。13在控制板上打開水泵1、電動調(diào)節(jié)閥。14觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。15待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。16再等系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)加個干擾信號，觀察液位變化曲線。五、實驗建議 調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)可以反復(fù)湊試，逐步逼近達到最佳的整定，實際中，采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是為了提高主被調(diào)量（下水箱）精度和改善動態(tài)特性而設(shè)置的，因此對副調(diào)回路的質(zhì)量指標(biāo)沒有要求。而對主回路的質(zhì)量指標(biāo)要求高。犧牲副回路的質(zhì)量，保證主回路的調(diào)節(jié)質(zhì)量。所以副調(diào)節(jié)器比例作用強一些，取消積分作用，主調(diào)節(jié)器設(shè)置P、I、D參數(shù)即可。六、實驗報告要求 1寫出常規(guī)實驗報告，畫出液位串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。2用實驗方法整定控制器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。 3根據(jù)擾動分別作