計算機控制技術(shù)及應用-實驗教學大綱

1、計算機控制技術(shù)及應用實驗教學大綱課程編號：16121043，16120043 大綱執(zhí)筆人：丁建強課程名稱：計算機控制技術(shù)及應用 大綱審批人：英文名稱：Computer control technology and applications課程學時：54 實驗學時：18實驗室名稱：計算機控制技術(shù)實驗室實驗課性質(zhì)：非獨立設課適用專業(yè)：電子信息科學與技術(shù)、電子信息工程、測控技術(shù)與儀器（儀表自動化）、電氣工程與自動化本課程實驗教學目的與要求通過實驗要求學生掌握計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成、原理和實現(xiàn)的方法，了解常規(guī)傳感器、執(zhí)行機構(gòu)智能儀表和數(shù)據(jù)采集模塊的使用，掌握被控對象特性的測試方法，掌握PID控制的整定方

2、法，掌握計算機監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的使用，并為進一步學習DCS控制系統(tǒng)打下基礎。主要儀器設備及現(xiàn)有臺套數(shù)AE2000A實驗對象6套AE2000A過程控制實驗裝置6套萬用表、實驗連接線、數(shù)據(jù)通信線6套工控機40臺DCS控制柜（內(nèi)含2個交換機） 3套實驗課程內(nèi)容和學時分配序號實驗項目名稱目的要求學時分配實驗類型每組人數(shù)必開、選開1實驗1:實驗裝置基本操作1、 了解實驗裝置結(jié)構(gòu)和組成。2、 了解信號的傳輸方式和路徑。3、 掌握實驗裝置的基本操作。4、 掌握液位傳感器調(diào)節(jié)零位。5、 熟悉智能儀表的使用3基礎性實驗6必開2實驗2:對象特性測試1、 熟悉單容水箱的數(shù)學模型及其階躍響應曲線。2、 根據(jù)由實際測得

3、的單容水箱液位的階躍響應曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。3設計性實驗6必開3實驗3:二位式溫度控制1、 熟悉實驗裝置，了解二位式溫度控制系統(tǒng)的組成。2、 掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理、控制過程和控制特性。3設計性實驗6必開4實驗4:上水箱液位PID整定1、 熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成2、 了解利用智能調(diào)節(jié)儀進行控制的工作原理。3、 了解P、PI和PID調(diào)節(jié)時的過程圖形曲線。4、 了解P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。3設計性實驗6必開5實驗5:鍋爐水溫控制1、 熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成2、 了解計算機直接數(shù)字控制DDC的工作原理。3、 進一步熟悉P、PI和PID調(diào)節(jié)時的過

4、程圖形曲線。4、 進一步熟悉P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。3設計性實驗6必開6實驗6:渦輪流量計的流量控制1、 了解渦輪流量計的結(jié)構(gòu)及其使用方法。2、 熟悉單回路流量控制系統(tǒng)的組成。3設計性實驗6必開實驗項目的內(nèi)容和要求實驗項目名稱：實驗1:實驗裝置基本操作實驗內(nèi)容1)、設備的連接與檢查。2)、系統(tǒng)連線。3)、啟動實驗裝置。4)、上、下水箱液位傳感器的檢測。5)、 智能調(diào)節(jié)儀的使用。6)、 溫度傳感器的檢測。7)、 MCGS組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境的使用。實驗要求1)、記錄閥門狀態(tài)、系統(tǒng)連線。2)、檢測并分析壓力變送器和溫度變送器輸出信號是否正常。3)、設置智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)，并作好記錄

5、。4)、啟動MCGS，記錄MCGS菜單和工作臺面窗口。5)、完成實驗報告。6)、通過實驗，要求學生掌握實驗裝置的基本結(jié)構(gòu)、操作方法，掌握一階系統(tǒng)的特性傳輸特性。實驗項目名稱：實驗2:對象特性測試實驗內(nèi)容1)、實驗裝置的連接與啟動，設置好智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)。2)、啟動MCGS，選擇對象特性測試算法，設定給定值，觀察系統(tǒng)的被調(diào)量。3)、迅速增加給定值，記錄此引起的階躍響應的過程參數(shù)，繪制變化曲線。4)、直到進入新的平衡狀態(tài)，再次記錄平衡時的數(shù)據(jù)。5)、分析并計算階躍響應過程曲線參數(shù)。實驗要求1)、記錄閥門狀態(tài)、系統(tǒng)連線。2)、記錄兩次平衡時的儀表輸出值、水箱水位高度h1、儀表顯示值。3)、根據(jù)實驗原理

6、中所述的方法，計算出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)（水箱的時間常數(shù)）。4)、完成實驗報告。實驗項目名稱：實驗3:二位式溫度控制實驗內(nèi)容1)、實驗裝置的連接與啟動，設置好智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)。2)、啟動MCGS，選擇二位式溫度控制算法，調(diào)節(jié)好設定值和回差dF的值。3)、利用組態(tài)軟件記錄控制過程曲線。待穩(wěn)定振蕩23個周期后，觀察位式控制過程曲線的振蕩周期和振幅大小，記錄實驗曲線。4)、改變回差dF，重復上一內(nèi)容。5)、把動力水路切換到鍋爐夾套，啟動實驗裝置的供水系統(tǒng)，給鍋爐的外套加流動冷卻水，重復上面的實驗內(nèi)容。實驗要求1)、記錄閥門狀態(tài)、系統(tǒng)連線。2)、記錄鍋爐內(nèi)膽位式控制過程的曲線圖，求出的振蕩周期和振幅大小。

7、3)、記錄不同dF時的系統(tǒng)被控制量的過渡過程曲線，求出相應的振蕩周期和振蕩幅度大小。4)、記錄加冷卻水時被控量的過程曲線，并比較振蕩周期和振蕩幅度大小的變化情況。5)、通過實驗，得出dF值對雙位控制系統(tǒng)性能的影響關(guān)系。6)、完成實驗報告。實驗項目名稱：實驗4:上水箱液位PID整定實驗內(nèi)容1)、實驗裝置的連接與啟動，設置好智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)。2)、啟動MCGS，選擇上水箱液位PID整定算法。3)、進行比例調(diào)節(jié)控制：設定給定值，調(diào)整P參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎上加擾動，一般可通過改變設定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。4)、進行比例

8、積分調(diào)節(jié)（PI）控制：設定給定值，調(diào)整P、I參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎上加擾動，一般可通過改變設定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。5)、進行比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制：設定給定值，調(diào)整P、I、D參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。6)、利用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。實驗要求1)、記錄閥門狀態(tài)、系統(tǒng)連線，畫出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。2)、作出P調(diào)節(jié)器控制時，不同值下的階躍響應曲線。3)、作出PI調(diào)節(jié)器控制時，固定和不同Ti值時的階躍響應曲線。4)

9、、作出PID控制時的階躍響應曲線和相應的的數(shù)字PID參數(shù)。5)、記錄采用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的過程和結(jié)果。6)、完成實驗報告。實驗項目名稱：實驗5:鍋爐水溫控制實驗內(nèi)容1)、實驗裝置的連接與啟動，連接ICP7017和ICP7024數(shù)據(jù)采集模塊。2)、啟動MCGS，選擇鍋爐水溫控制算法。3)、進行比例調(diào)節(jié)控制：設定給定值，調(diào)整P參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎上加擾動，一般可通過改變設定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。4)、進行比例積分調(diào)節(jié)（PI）控制：設定給定值，調(diào)整P、I參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎

10、上加擾動，一般可通過改變設定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。5)、進行比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制：設定給定值，調(diào)整P、I、D參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。6)、利用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。實驗要求1)、記錄閥門狀態(tài)、系統(tǒng)連線。2)、作出P調(diào)節(jié)器控制時，不同值下的階躍響應曲線。3)、作出PI調(diào)節(jié)器控制時，固定和不同Ti值時的階躍響應曲線。4)、作出PID控制時的階躍響應曲線和相應的的數(shù)字PID參數(shù)。5)、記錄采用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的過程和結(jié)果。6)、比較分析采用

11、DDC控制方案的特點。 7)、完成實驗報告。實驗項目名稱：實驗6:渦輪流量計的流量控制實驗內(nèi)容1)、實驗裝置的連接與啟動，連接流量積算變送儀。2)、啟動MCGS，選擇渦輪流量計的流量控制算法。3)、進行比例積分調(diào)節(jié)（PI）控制：設定給定值，調(diào)整P、I參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎上加擾動，一般可通過改變設定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。4)、進行比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制：設定給定值，調(diào)整P、I、D參數(shù)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。實驗要求1)、記錄閥門

12、狀態(tài)和系統(tǒng)連線。2)、作出PI調(diào)節(jié)器控制時，固定和不同Ti值時的階躍響應曲線。3)、作出PID控制時的階躍響應曲線和相應的的數(shù)字PID參數(shù)。4)、分析渦輪流量計的流量控制特點，比較PI和PID控制算法的效果。 5)、完成實驗報告。說明：實驗2實驗6屬于設計性實驗，在給定實驗目的和實驗條件的前提下，學生可在老師的指導下自行設計實驗方案，選擇連接方案，實施操作程序，進行結(jié)果分析?？己朔绞綄嶒瀳蟾鎸嶒瀳蟾娌捎媒y(tǒng)一格式編寫，每個實驗都包括：實驗者姓名、班級/學號、組號、實驗日期、開始/結(jié)束時間。每個實驗包括的內(nèi)容如下：實驗1: 實驗裝置基本操作1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 壓力變送器和水位數(shù)

13、據(jù)3)、 智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)4)、 溫度變送器數(shù)據(jù)5)、 MCGS菜單和工作臺面窗口 6)、 心得體會：實驗2: 對象特性測試1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 第一次和第二次平衡時的儀表輸出值、水箱水位高度h1、儀表顯示值。3)、 記錄一階環(huán)節(jié)的階躍響應數(shù)據(jù)和曲線4)、 數(shù)據(jù)分析和心得體會。實驗3: 二位式溫度控制1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 設置某一回差dF，記錄有代表性的鍋爐內(nèi)膽位式控制過程曲線圖，標出振蕩周期和振幅大小。3)、 改變回差dF，記錄控制過程曲線圖，標出振蕩周期和振幅大小。4)、 加冷卻水后，記錄控制過程曲線圖，標出dF、振蕩周期和振幅大小。5)、 數(shù)據(jù)分析和心得

14、體會。實驗4: 上水箱液位PID整定 1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖3)、 作出P調(diào)節(jié)器控制時的階躍響應曲線。4)、 作出PI調(diào)節(jié)器控制時的階躍響應曲線。5)、 畫出PID控制時的階躍響應曲線。6)、 數(shù)據(jù)分析和心得體會。實驗5: 鍋爐水溫控制 1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 不同比例系數(shù)K時的余差和超調(diào)量3)、 PI調(diào)節(jié)時，固定比例度，改變不同Ti值時的超調(diào)量p。4)、 PD調(diào)節(jié)時，固定比例度，改變不同微分時間值Td時的超調(diào)量和余差5)、PID調(diào)節(jié)時，擇合適的P、I和D參數(shù)，獲得的一條較滿意的動態(tài)曲線(要求標出時間軸和縱軸單位)。6)、 數(shù)據(jù)分析和心得體會。實驗6: 渦輪流量計的流量PI和PID調(diào)節(jié)實驗1)、 記錄閥門狀態(tài)和實驗連線。2)、 不同比例系數(shù)K時的余差和超調(diào)量3)、 PI調(diào)節(jié)時，擇合適的P、I參數(shù)，獲得的一條較滿意的動態(tài)曲線(要求標出時間軸和縱軸單位)。4)、 PID調(diào)節(jié)時，擇合適的P、I和D參數(shù)，獲得的一條較滿意的動態(tài)曲線(要求標出時間軸和縱軸單位)。5)、 數(shù)據(jù)分析和心得體會?？己朔绞綄嶒炚n的考核方式對學生的預習、實驗及報告情況進行綜合評定，其中學生的預習、實驗情況在實驗過程中進行，實驗報告在實驗過后進行。學生的預習、實驗情況通過檢查預習報告、提問、出勤記錄等形式。實驗報告的評分按報告內(nèi)容和實驗要求來