實驗一對象特性測試實驗

1、實驗一：對象特性測試實驗對象特性是指對象在輸入的作用下， 其輸出的變量(即被控變量)隨時間變化的 特性。對象特性測試實驗的目的： 通過實驗掌握對象特性曲線的測量方法。測量時應(yīng)注意的問題：對象模型參數(shù)的求取。液位裝置中的液位對象是自衡對象， 單 個水槽是一階對象，上水槽與下水槽可以組成二階對象。對象參數(shù)的求取:、傳遞函數(shù)的求取1、一階對象在0.632倍的穩(wěn)態(tài)值處求取時間常數(shù)T02、一階加純滯后的對象對于有純滯后的一階對象，如圖 2所示，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線在t=0時，斜率為0； 隨著t的增加，其斜率逐漸增大；當(dāng)?shù)竭_(dá)拐點后斜率又慢慢減小，可見該曲線的形狀 為S形，可用一階慣性加時延環(huán)節(jié)來近似。確定 K0

2、、T0和t的方法如下：在階躍響應(yīng)的拐點(即斜率的最大處)作一切線并與時間坐標(biāo)軸交與C點，則OC段的值即為純滯后時間T而與CB段的值即為時間常數(shù)T0。3、二階或高階對象二階過程的階躍響應(yīng)曲線，其傳遞函數(shù)可表示為式中的K0、T1、T2需從階躍響應(yīng)曲線上求出。先在階躍響應(yīng)曲線上取(1) y (t)穩(wěn)態(tài)值的漸近線y (%)；(2) y (t1) =0.4 y ()時曲線上的點yl和相應(yīng)的時間t1;(3) y (t2) =0.8 y ()時曲線上的點y2和相應(yīng)的時間t2;然后，利用如下近似公式計算 T1、T2。(4) t1 t22.16T仃22.16(5) T 仃 2旦 _對于二階過程2)(0132Tt

3、2)t2<0746。當(dāng)0百屜=0.32時，為一階環(huán)節(jié)(此時，時間常數(shù) T0= (t1+t2) 2.12);當(dāng) t1/t2=0.46 時，過程的傳遞函數(shù) W (s) =K0/ (TOs+1) (TOs+1) (此時，T仁T2=T0= (t1+t2) /2X 2.18 );當(dāng)t1/t2>0.46時，應(yīng)用高于二階環(huán)節(jié)來近似。二、實驗中應(yīng)注意的問題1、測試前系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)曲線的出始點應(yīng)是輸入信號的開始作階躍信號的瞬間，這一段時間必須在記錄紙上標(biāo)出，以便推算純滯后時間T2、測試與記錄工作必須持續(xù)到輸出參數(shù)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。3、每次實驗應(yīng)在相同的條件下進(jìn)行兩次以上。只有在所測試數(shù)據(jù)相同時

4、方為合 格。4、為了進(jìn)行線性校驗，可作正、負(fù)兩種干擾進(jìn)行比較，也可作不同擾動量的實 驗。1、下水箱單容特性測試實驗一、實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗測定單容特性階躍響應(yīng)曲線，通過數(shù)據(jù)處理求取一階環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備及參考資料：1 、PCSE 型過程控制實驗裝置(使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、 DDC 控制單元、下 水箱及液位變送器、水泵等)2、實驗操作指南。 三、實驗步驟：1、了解實驗裝置中的對象，流程圖如下圖所示。下水箱單容特性測試實驗流程圖2、按附圖下水箱單容特性測試實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。3、將控制臺背面右側(cè)的通訊口(在電源插座旁)與上位機連接。4、將手動閥門 1V1、1V10、V5 打開，

5、其余閥門全部關(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、在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、下水箱輸出信號。7、打開計算機上的組態(tài)王的“過程控制實驗液位 _液位”工程，進(jìn)入運行環(huán)境， 選擇實驗一下水箱單容特性測試實驗，給“閥門開度 op”設(shè)置一個初始值(20-40) 使初始液位 20左右。8、在控制板上先打開電動調(diào)節(jié)閥，再打開水泵，即保證水路暢通的條件下，最后開泵，一定要注意先后順序，避免水泵空抽，否則可能將水泵憋壞。9、等待下水箱液位達(dá)到某一平衡位置，記下此時的閥門開度值。10、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

6、號不要太，估計 下水箱水不要溢出），一般變化10%即可，這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號，使系 統(tǒng)在較高液位也能達(dá)到平衡狀態(tài)。11、記錄階躍響應(yīng)曲線，直至達(dá)到新的平衡為止。12、 設(shè)置閥門的開度為原來的值，記錄一條液位下降的曲線（可以選作）。13、對實驗的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理， 處理結(jié)果記錄于表中，和實驗中自 動求取的參數(shù)進(jìn)行比較。階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)處理記錄表時間（S）1020306090液位(cm)按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告，并根據(jù) K0、T0、TS寫出廣義的傳遞函數(shù)。2、下水箱雙容特性測試實驗（選作）一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗測定雙容特性階躍響應(yīng)曲線，通過數(shù)據(jù)處理寫出二階環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)

7、備及參考資料1、 PCS E型過程控制實驗裝置（使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、DDC控制單元、上 下水箱及液位變送器、水泵等）2、實驗操作指南。三、實驗步驟：1、了解實驗裝置中的對象，流程圖如下圖所示下水箱雙容特£ 7測試實驗流程圖上水箱1VV4下水箱1rV52、按附圖下水箱雙容特性測試實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。3、將控制臺背面右側(cè)的通訊口（在電源插座旁）與上位機連接。4、將手動閥門1V1、1V10、V4、V5打開，其余閥門全部關(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在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、下水箱輸出信號。7、打開

8、計算機上的組態(tài)王的“過程控制實驗液位液位”工程，進(jìn)入運行環(huán)境，選擇實驗一中的下水箱雙容特性測試實驗，給“閥門開度op”設(shè)置一個初始值。8、在控制板上先打開電動調(diào)節(jié)閥，再打開水泵，一定要注意先后順序，避免水 泵空抽，保護(hù)實驗設(shè)備。9、準(zhǔn)確記錄此時的時間，備用，等待下水箱液位達(dá)到某一平衡位置，記下此時 的閥門開度值。10、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，估計 下水箱水不要溢出），一般變化10%即可，這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號，使系 統(tǒng)在較高液位也能達(dá)到平衡狀態(tài)。11、觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線，直至達(dá)到新的平衡為止。12、設(shè)置閥門的開度為原來的值，記錄一條液

9、位下降的曲線（可以選作） 。13、對實驗的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理， 處理結(jié)果記錄于表中，和實驗中自 動求取的參數(shù)進(jìn)行比較。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容之一。它的任務(wù)是：根據(jù)被控過程的特性確定PID調(diào)節(jié)器的比例度積分時間TI及微分時間TD的大小。在簡單 的過程控制系統(tǒng)中， 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率為主要指標(biāo)， 保證 系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定的方法很多， 概括起來分為兩大類： 一是理論計算整定法。 它 主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 采用控制理論中的根軌跡法頻率特性法等， 經(jīng)過理論計算 確定調(diào)節(jié)器的數(shù)值。 這種方法不僅計算繁瑣， 而且過分依賴數(shù)學(xué)模型，

10、 所得到數(shù)據(jù)未 必直接可用， 還必須通過實際進(jìn)行調(diào)整和修改。 因此，理論計算整定法除了有理論指 導(dǎo)意義外，工程實際中較少采用。二是工程整定法，它主要依靠工程經(jīng)驗，直接在過 程控制的實驗中進(jìn)行，且方法簡單，易于掌握，相當(dāng)實用，從而在工程實際中被廣泛 采用。調(diào)節(jié)器的工程整定方法，主要有臨界比例度法、衰減曲線法。（1）臨界比例度法這是一種閉環(huán)整定方法。 由于該方法直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行， 不需測試過程的動 態(tài)特性，因為方法簡單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。具體步驟如下：先將調(diào)節(jié)器的積分時間TI置于最大（TI=微分時間TD置零（TD=O），比 例度S置為較大的數(shù)值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，

11、對設(shè)定值施加一個階躍擾動，并減小 b直到系統(tǒng)出現(xiàn)如 圖1.1所示的等幅振蕩，即臨界振蕩過程。記錄此時的 b （臨界比例帶）和等幅振蕩 周期 Tk。根據(jù)記錄的b和TK，按表給出的經(jīng)驗公式計算出調(diào)整器的 b TI及TD的參 數(shù)。需要指出的是， 采用這種方法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)時會受到一定的限制， 如有些過 程控制系統(tǒng)不允許進(jìn)行反復(fù)振蕩實驗， 像鍋爐給水系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)等， 就不可能 應(yīng)用此法。 再如某些時間常數(shù)較大的單容過程， 采用比例調(diào)節(jié)時根本不可能出現(xiàn)等幅 振蕩，也就不能應(yīng)用此法。圖 1.1 系統(tǒng)的臨界振蕩表 1-1 采用臨界比例度法的整定參數(shù)(2)衰減曲線法這種方法與臨界比例度法相類似， 所不

12、同的是無需出現(xiàn)等幅振蕩過程，具體方法 如下：先置調(diào)節(jié)器積分時間TI =円微分時間TD=O,比例帶S置于較大的值。將系統(tǒng)投 入運行?？?，就 例帶； 則增大 帶。如 復(fù)，直 如圖1.2整疋參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律3( %)TiTdP2來PI2.2來0.85TkPID1.7來0.5Tk0.125Tk衰減太 減小比 反之， 比例 此 反待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，對設(shè)定值作階躍擾動，然后觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。若響應(yīng)振蕩到出現(xiàn)(a)所示的衰減比為4: 1的振蕩過程時，或者如圖1.2(b)所示的10: 1振蕩過程時, 記錄此時的S值(設(shè)為 ，以及Ts的值(如圖1.2(a)中所示)，或者Tr的值(如圖 1.2(b)中所示)。圖1.2中

13、，Ts為衰減振蕩周期，Tr為響應(yīng)上升時間。圖1.2系統(tǒng)衰減振蕩曲線按表1-2中所給的經(jīng)驗公式計算 b TI及TD的參數(shù)。表1-2衰減曲線法整定計算公式衰減率整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律(%)0.75P5SPI1.2 3s0.5TsPID0.8 3s0.3Ts0.1Ts0.90P3sPI1.2 3s2TrPID0.8 3s1.2Tr0.4Tr衰減曲線對多數(shù)過程都適用，該方法的缺點是較難確定4: 1的衰減程度，從而 較難得到準(zhǔn)確的b Ti及Td的值。一、實驗?zāi)康模?、了解簡單過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成。2、掌握簡單過程控制的原理、計算機控制和參數(shù)整定方法。二、實驗設(shè)備及參考資料：1、 PCS E過程控制實驗裝置（使用

14、其中：電動調(diào)節(jié)閥、DDC控制單元、下水 箱及液位變送器、水泵1系統(tǒng)等）2、實驗操作指南和液位變送器的調(diào)試（一般出廠前已調(diào)試好）方法。三、實驗系統(tǒng)流程圖：四、實驗原理：本實驗采用計算機控制，將液位控制在設(shè)定高度。根據(jù)下水箱液位信號輸出給計 算機，計算機根據(jù)P、I、D參數(shù)進(jìn)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)閥控制水泵供水系統(tǒng)的進(jìn)水流量，從而達(dá)到控制設(shè)定液位基本恒定的目的 單容液位過程控制的方框原理圖：如下圖2、將控制臺背面右側(cè)的通訊口（在電源插座旁）與上位機連接。3、將手動閥門1V1、1V10、V5打開，其余閥門全部關(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

15、開DDC控制 單元電源。5、在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、下水箱輸出信號。6打開計算機上的組態(tài)王的“過程控制實驗液位液位”工程，進(jìn)入運行環(huán)境， 選擇“實驗二：單容液位控制系統(tǒng)參數(shù)整定實驗”，給“閥門開度op”設(shè)置一個初始 值。7、在控制板上先打開電動調(diào)節(jié)閥，再打開水泵，一定要注意先后順序，避免水泵空抽，保護(hù)實驗設(shè)備8、選擇計算機控制方式。9、設(shè)定參數(shù)值設(shè)定 2-3 組控制參數(shù)，測試過渡過程曲線，注意觀察參數(shù)變化對曲線如何影響。Ts=1 （參考值）SV=20 （參考值）Kc=7，20，60 （參考值）Ti=20 （參考值）Td=0 （參考值）10、觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。11、待系

16、統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。12、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。13、曲線的分析處理，對實驗的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理。六、實驗建議：實驗中，選擇不同的 P、I、D 參數(shù)進(jìn)行 P 調(diào)節(jié)、 PI 調(diào)節(jié)、 PID 調(diào)節(jié)實驗，尋找 最佳控制調(diào)節(jié)方法及參數(shù)，總結(jié)不同的調(diào)節(jié)過程特性，得出控制性能的結(jié)論。實驗三：雙容液位控制系統(tǒng)參數(shù)整定實驗一、實驗?zāi)康模?、了解簡單過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成 。 2、掌握簡單過程控制的原理、雙容液位計算機控制和參數(shù)整定的方法。二、實驗設(shè)備：1、PCSE 型過程控制實驗裝置（使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、 DDC 控制單元、上 水箱、下水箱及液

17、位變送器等） 。2、實驗操作指南。三、實驗系統(tǒng)流程圖：四、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。通過上水箱根據(jù)下 水箱信號輸出給計算機，計算機根據(jù) P、I、 D 參數(shù)進(jìn)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)閥控制水泵出水流量， 控制上水箱液位， 再控制下水箱液位， 從而達(dá)到控制設(shè)定液位的目的。當(dāng)下水箱液位平衡時，上水箱液位也達(dá)到平衡。下面 為雙容水箱液位過程控制的方塊原理圖：1、按附圖上下水箱雙容液位控制實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。2、將控制臺背面右側(cè)的通訊口（在電源插座旁）與上位機連接。3、將手動閥門1V1、1V10、V4、V5打開，其余閥門

18、全部關(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DDC控制 單元電源。5、在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、上水箱輸出信號。6打開計算機上的組態(tài)王的“過程控制實驗液位液位”工程，進(jìn)入運行環(huán)境， 選擇“實驗三：雙容液位控制系統(tǒng)參數(shù)整定實驗”，給“閥門開度op”設(shè)置一個初始 值。7、在控制板上先打開電動調(diào)節(jié)閥，再打開水泵，一定要注意先后順序，避免水 泵空抽，保護(hù)實驗設(shè)備。8、選擇計算機控制方式。9、整定參數(shù)值的計算設(shè)定適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)Ts=1（參考值）SV=20,40, 80 （參考值）Kc=7（參考值）Ti=200（參考值）Td=0（參考值）10、觀察計算機上的實時曲線和歷

19、史曲線。11、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。12、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。13、曲線的分析處理，對實驗的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理。 六、實驗建議：實驗中，學(xué)生選擇不同的 P、I、D參數(shù)進(jìn)行P調(diào)節(jié)、PI調(diào)節(jié)、PID調(diào)節(jié)實驗， 尋找最佳控制調(diào)節(jié)方法及參數(shù)，總結(jié)不同的調(diào)節(jié)過程特性，得出控制性能的結(jié)論。 七、思考建議：比較單容控制與雙容控制區(qū)別和控制的難易度，為什么。實驗四：電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試及控制實驗1、電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗測得的數(shù)據(jù)，畫出流量特性曲線圖，判斷閥體特性。二、實驗設(shè)備及參考資料1、PCSE 型過程控制實

20、驗裝置（使用其中：電動調(diào)節(jié)閥、 DDC 控制單元、下 水箱、液位變送器、渦輪流量計、水泵系統(tǒng)等）2、實驗操作指南。三、實驗步驟：1、了解實驗裝置中的對象，流程圖如下圖所示。電動閥流量特性測試實驗流程圖2、按附圖電動閥流量特性測試實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。3、將控制臺背面右側(cè)的通訊口（在電源插座旁）與上位機連接。4、將手動閥門 1V1 、 1V10、 V5 打開，其余閥門全部關(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、 電流表和 DDC 控制單元電源。6、在信號板上打開電動調(diào)節(jié)閥輸入信號、流量計輸出信號。7、打開計算機上的組態(tài)王的“過程控制實驗液位 _

21、流量”工程，進(jìn)入運行環(huán)境， 選擇實驗四中的電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試實驗，給“閥門開度 op”設(shè)置一個初始值。8、在控制板上先打開電動調(diào)節(jié)閥，再打開水泵，一定要注意先后順序，避免水 泵空抽，保護(hù)實驗設(shè)備。9、改變閥門開度給定值10%、20%、30%100%,分別記錄閥門開度和流量計的流量（調(diào)節(jié)閥的進(jìn)出口壓力保持不變）10、由閥門開度作為橫坐標(biāo)、流量作為縱坐標(biāo)，畫出特性曲線圖。11、根據(jù)畫出的特性曲線，判斷閥體是快開特性、等百分比特性還是直線特性。2、電動閥支路流量控制實驗、實驗?zāi)康?1、了解簡單流量過程控制系統(tǒng)構(gòu)成和渦輪流量計的特性2、掌握流量控制方法、實驗設(shè)備：1、 PCS過程控制實驗裝置（其中使用 DDC控制單元、電動調(diào)節(jié)閥、水泵、渦 輪流量計等）。2、實驗操作指南，渦輪流量計使用說明書，電磁流量計應(yīng)用資料三、實驗系統(tǒng)流程圖： 四、實驗原理:根據(jù)設(shè)定的流量輸給計算機，用計算機的輸出來控制電動調(diào)節(jié)閥，用流量計測出流量信號反饋給計算機,由計算機進(jìn)行比較和運算輸出給電動調(diào)節(jié)閥,從而最終達(dá)到管內(nèi)流量的平衡流量控制系統(tǒng)原理方塊圖設(shè)定流量e測量值計算機電動閥Q流量 管道流量計（渦輪式）町五、實驗步驟:1、按附圖電動閥支路流量控制實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線和通訊線。2、將控制臺背面右側(cè)的通訊口（在電源插座旁）