过程控制实验报告

过程控制实验报告实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线.2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。1.THJ—2型高级过程控制系统实验装置2。计算机及相关软件3.万用电表一只智能调节器手动操作量智能调节器手动操作量磁力愿动泵电动调节阀VIv244图2-1单容水箱特性测试结构图过程控制实验报告由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H,控制量(输入量)是流入水箱中的流量Q1,手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1—Q2=dv/dt基于Q2=h/RS,RS为阀V2的液阻，则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1)式(5)就是单容水箱的传递函数。H的关系为对上式取拉氏反变换得过程控制实验报告h(T)=KR0(1—e—1)=0。632KRO=0.632h(o)式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示.当由实验求得图2—2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。该时间常数图2-2单容水箱的单调上升指数曲线T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线,切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2—3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间T,BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为：图2-3单容水箱的阶跃响应曲线四、实验内容与步骤过程控制实验报告1.按图2—1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度，且使V1的开度大于V2的开度.2。接通总电源和相关的仪表电源，并启动磁力驱动泵。3.把调节器设置于手动操作位置，通过调节器增/减的操作改变其输出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置4.手动操作调节器，使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(此增量不宜过大，以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，如图2-4所示。图2-4单容箱特性响应曲线5.启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线.过程控制实验报告参共些定DeTedTOm9过程控制实验报告4刚F4SV*ebTpt输出值(oP)N强而甲过程控制实验报告文册一，一矿单容上水前对学持性别试动的参数整定6.实验数据计算(1)、正向输入：T=t12—t1=1:53:55—1:52:18=1:37=97(s)h(o)=h2(~)-h1(o)=74.71mm-26.81mm=49.7mmR0=Q2-Q1=459.8L/h-397.9L/h=61.9L/hK=h(x)/R0=49.7/61.9=0.8029(2)、负向输入：T=t23—t2=1:57:24-1:56:06=1:18=78(s)过程控制实验报告h(o)=h2(~)—h3(~)=74.71mm—37.44mm=37.27mmK=h(o)/R0=37.27/71.8=0.51917。实验曲线所得的结果填入下表。参数值测量值正阶跃输入负阶跃输入平均值1.在实验进行过程中，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小?答：因为在实验过程中，任意改变出水口阀开度会影响出水流量的大小。在入水量不变的情况下，这样会使实验记录的数据和图形与实际相差较远.2.用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与哪些因素有关?答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。另外，也会受实验室电压的波动与测试软件的影响。3.如果采用中水箱做实验，其响应曲线与上水箱的曲线有什么异同?试分析差异原因。过程控制实验报告答：若采用中水箱做实验，它的响应曲线要比上水箱变化的慢。原因：因为中水箱的回路比上水箱的回路要长，上升相同的液位高度，中水箱要更长的时间。实验三、上水箱液位PID整定实验一、实验目的1。根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能.2。比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。3。0分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。二、实验设备1。THJ-2型高级过程控制系统实验装置2。计算机及相关软件3.万用电表一只三、实验原理过程控制实验报告0-a下水籍中我血)血)健水箱健水箱上水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-2—1所示.被控量为上水箱(也可采用中水箱或下水箱)的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。将压力传感器LT1检测到的上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。1。先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1—6、F1—10、F1—1开至适当开度(50%左右),其余阀门均关闭。2.接通控制柜总电源，打开漏电保护器及各空气开关，接通空压机电源，并将三相磁力泵、三相电加热管、控制站的各旋钮开关打到开的位置。控制柜无3.在上位机监控界面中点击“手动”,并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过设定值或输出值旁边相应的滚动条或输出输入框来实现。过程控制实验报告4。启动磁力驱动泵，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量，使上水箱的液位平衡于设定值。5.按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定PI调节器的参数，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。6.分别适量改变调节器的P参数，通过实验界面下边的按钮切换观察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线.7.分别用PI、PD、PID三种控制规律重复步骤3~6,通过实验界面下边的按钮切换观察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。8.水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线.(1)、P调节：移三，上小镇乖色P口程定实的移三，上小镇乖色P口程定实的液位萍型信促宝津《W)雨置得(集出值供作关数分作用000pd数指报表返回主菜共间度积分财间槽分时间明出王张稀出下津全前角%过程控制实验报告金常情照量装出借世remm科*输出下建i参数整定共史鑫技数型粗患通作惠线安是三、上水而液生安是三、上水而液生PD签正家能我定语V量信P第曲值xop健供h)输出上岸输出下张近属主差单开我天K=7过程控制实验报告成位测量值城理情(W比例度蛋积分钟间揽行时间输出上牌输出于根作机分作开关作月起000进国主菜单参数整定nt0o0方登三，上水而液鱼方登三，上水而液鱼PID章定文验积分时间隐分时间月作开共作荷出上唐核出下限000数愿报表返回主菜单历史曲线参数整定无区Dwe/l0可过程控制实验报告文看三上平百卷位文看三上平百卷位P口学定大建数盐药史曲战数需报来重品主革革步三，上水箱承位步三，上水箱承位PO起定实价由出T正参数整定税分作角并关度行卷用开关4比测作用升关并类参数整室Ⅲ语前主菜单CV量三，主木稻成保到量三，主木稻成保到D程军实给被位登础退国主菜单参数整定成验三，上水箱重应成验三，上水箱重应FID整定实程益部量轴出肆过程控制实验报告■群算得(集群算得(集北题作用税分在用nphtamme参数整定0T步三，上木首乖也PD程定实价4000ppdocn0docn00dhts.simsdi参数费定4*报表退回主菜施DTm过程控制实验报告买出三，上水有承位PO起定实价季吴rdSeawtlphtsw返回主菜施工验三，生小前流业工验三，生小前流业PID至元实验低汇道1新量信套出理过程控制实验报告液效腾量信4少#开F抵表退据主采单上例三。些本如常要上例三。些本如常要PO章出号型0教进报击返照主案KT|过程控制实验报告龄三，上水自北位P□纪定实价龄三，上水自北位P□纪定实价液位满型信)细出土采输出下津数据报表#用返回主菜施步三，上水箱北也P步三，上水箱北也P口程定实的孩位南型信根宝重《)测量得(集出值(ce)hm.mtBettedam机分时间槽分联间毕出土张用先区000t数据极表退回主菜逆Ⅱ过程控制实验报告或前三、上水加表位或前三、上水加表位FID至泥须的()健水H共mret头给三，上水希池位头给三，上水希池位PID坐足文始参数整定质位测量值积分时面(欧分时间输出上原4l*t!西史曲热1张据报来距回主菜用形浙上作用甘律比荒区n.00al014过程控制实验报告是三，上水石承位是三，上水石承位P□起定实价机分则维出侯铁吴返回主菜过程控制实验报告实验三，上水而活应户口室定学量实验三，上水而活应户口室定学量g4输出第出AH(4)、PID步三，上水箱承位步三，上水箱承位PO起定实价比用机分时间槽期)架出王杂稀出下津数指报表返回主菜逆开在基研成d⁶.l侯摆侯摆过程控制实验报告实建三，上水有承化P□起定实价关#稀出了返回主菜施实准三，上水有承位PO是定实值参数整定讯完值(V)测量值(P)集出值比关桶出8数据报表退回主菜厘侯侯摆侯过程控制实验报告买出三，上水有承位PO起定实价参数整定很宝案(W)雨罪信(稀出了数据报者Boet数据报者或卷三，上水范承化PO是定实验便宋落《V)雨里偶()集出值(Ge时州时撰侯0数据权者返回主菜过程控制实验报告9。计算稳态误差=60mm-h(o)=60mm-53.35mm=6.65mmK=7时：稳态误差=60mm-h()=60mm-55。41mm=4.59mm调节时间：ts=t3-t0=3:08:36-3:07:35=61(s)超调量=[hmax—h(o)]/[h()—h(0)]*100%=6.8%稳态误差=h(o)—60mm=0。69mm(可以忽略不计)过程控制实验报告2-t1=4:25:57—4:25:36=21(s)稳态误差=60mm—h()=60mm-52.98mm=7.02mm稳态误差=60mm-h(o)=60mm-52.81mm=7.19mm超调量=[hmax-h(o)]/[h()-h(0)稳态误差=60mm—h(o)=0.23mm(可以忽略不计)10。分析(1)、根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为比例系数会加大幅值；在加入微分环节以后,系统的动态误差明显减小，但调节时间却延长，这是因为微分具有超前的作用，可以增加系统的稳定度。过程控制实验报告时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而增大，他推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，知道为零，由于积分项的存在会使调节时间增大。因此，PI控制器可使系统在进入稳太后无稳态误差。Kp:放大误差的幅值，快速抵消干扰的影响，使系统上升时间降低，如果仅有比Td:自动控制系统在克服误差的调解过程中可能会出现振荡甚至失稳，在控制器中仅引入“比例P”往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”,他能预测误差的变化趋势。这样具有比例加微分的控制器，就能够提前十抑制误差的的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重失调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD控制器能改善系统在调解过程的动态特性。(3)、分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。P:是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。PI:PI调节中P调节快速抵消干扰的影响，同时利用|调节消除残差，但是|调节会降低系统的稳定性。PD:由于微分的超前作用,能增加系统的稳定度,震荡周期变短，减小了误差，但是微风抗干扰能力差，且微分过大易导致调节阀动作向两端饱和。PID:常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。过程控制实验报告1.改变比例度δ和积分时间T对系统的性能产生什么影响?答：改变比例度δ会是调节器的参数改变，这可能让系统的稳定性受一定的影响，增大比例度会使其超调量增大，使系统变得不稳定。改变积分时间T|会使系统的精度提高，但也可能造成积分饱和。2.如采用下水箱做实验，其响应曲线与中水箱或者上水箱的曲线有什么异同?试分析差异原因。答：采用下水箱做实验，其滞后时间会更短.原因：因为水的回路变得更短，弃响应曲线会上升的更快。实验五、锅炉内胆水温PID控制实验1.根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能.2。比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。3。分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。过程控制实验报告1.THJ—2型高级过程控制系统实验装置2.计算机及相关软件3。万用电表一只本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量.本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压(即三相电加热管的端电压),以达到控制锅炉内胆水温的目的。在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样,但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。本实验系统结构图和方框图如图3-5—1所示。圆盐内料圆盐内料能型变进器图3—5—1锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：(一)锅炉夹套不加冷却水(静态)过程控制实验报告(二)锅炉夹套加冷却水(动态)显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。四、实验内容与步骤1.先将储水箱贮足水量，将阀门F1—1、F1-4、F1-5、F1-13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量(要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置),然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1—12,为给锅炉夹套供冷水做好准备.2.接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面，在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加/减少输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值.4。按指导书第二章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。5.待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，然后记录曲6.开始往锅炉夹套打冷水，重复步骤3~5,观察实验的过程曲线与前面不加冷水的过程有何不同。7.分别采用P、PI、PD控制规律，重复上述实验，观察在不同的PID参数8.上述实验用计算机实时记录的响应曲线.(1)、P开共开关死区0mm0l度测量值0aMlsessaa比例重C》(40并关积分作用忙于品度案出Ⅲ工州进线11t40100000.0150000历史曲线数据报表比的作用开关开关度测量值测量值比街作角比街作角并关比例重C比例重C》积分时间(积分在再积分在再①微分使用微分使用D00w时wlwss时过程控制实验报告家丝天、临户大能水型家丝天、临户大能水型PD也司些验步数整定R比例度循分时两)输出上股药史曲线数据报表返回主某递gemattmVM内起品度P积分词师输出期vM输出下用说龙值(tW)第出值过程控制实验报告家丝天，质炉生胜水型户口也量些的家丝天，质炉生胜水型户口也量些的步数整定说里值(60则量值形输出输出面家验天、拓户生胜水思家验天、拓户生胜水思PD也显生验步数整定内阳品度循分叶商输出上缴输出下限开关健承200000IN过程控制实验报告家丝天、拓户火胆水型PD也司学的上例度C)积分叶间笑p参数想定历史曲线数据报表返回主某递内阳品度脱龙值(测量值(R)案出值40e上州度道)积介叶间笑参数整定历史曲线数据报表返回主某施过程控制实验报告参数整定根重值(测像值P输出上限输出下限Wvsndls分开分开mntmn0验去、拓的生想水型验去、拓的生想水型PD也司学到MtRRF2m比州重仰分叶雨输出上缴酸分信开关死测健值(P200000nit?10罐承石过程控制实验报告成刚周成刚周说型值(测健值(R)案出值e=参数型定药史曲线数据报表返回主某递关关历史曲线数指报表比州度送)积介叶间返回主某施参数整定过程控制实验报告9.计算稳态误差=30℃-29。37℃=0.63℃(2)、PI超调量=(44.25-35)/(35-2.528)*100%=28.5%稳态误差=35℃—34。04℃=0。86℃上升时间：tr=6:49:25-6:48:10=75(s)10.分析(1)、根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能.分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为比例系数会加大幅值；在加入微分环节以后，系统的动态误差明显减小但调节时间却延长，这是因为微分具有超前的作用，可以增加系统的稳定度。(2)、比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。过程控制实验报告Ti:为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”,积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样即便误差很小，积