单回路液位,流量,压力控制系统设计.doc

姓 名： 王占宝 班 级： 测控09-9班 学 号： 2 9 指导教师： 白 天 2012 年 3 月 25 日目录（一） 单回路液位控制系统（二） 单回路流量控制系统（三） 单回路压力控制系统（四） 复杂系统串级控制实验（五） 心得体会（一）单回路液位控制系统 一、实验目的了解单回路液位控制系统的组成；PID调节器、执行机构、被控对象和测量环节等各个单元的工作原理和工作情况。二、实验步骤1、 按图1熟悉系统的组成。2、检查连接线路和水路。连接管路L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、 L9、L10、L11和手动阀F1、F2(关)、F3、F5。3、检查电源输入、输入输出端子等是否短路，正常后通电，观测超声波传感器的输出以及工控机的模拟输入。4、标定液位测量变换值并建立被控对象的数学模型（可等效成一阶惯性环节）。5、测试输出电路。6、设定、调整工控机中PID参数。在主窗口【简单控制系统】下拉菜单中选择【液位控制】，出现一个子窗口，显示了液位系统的控制示意图单击示意图中的【控制器】出现下图所示属性页（控制器设置）：若选择PID控制器，只需设置Kp，Ki，Kd的值即可其中，Kc为控制器的增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。Ti和Td分别为积分时间和微分时间，他们都具有时间量纲s和1/s，t为采样时间（若需要使用自定义控制器，则选定“自定义控制器”然后在相应程序中添加代码）。7、给定液位设定值3000mL，记录闭环控制曲线。 点击选项卡上的【运行参数设置】，出现如下所示界面：设定值范围9007600mL， 注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验 采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改），运行时间根据被控对象的时间常数合理选取，由于液位时间惯性小，此处可设较小的运行时间，如100200000s。8、改变PID参数，重复7。9、打开水路调节阀F2，做扰动实验。 三、实验结果及分析1、 参数：kp=90,ki=2;2、 运行结果：3、 分析：kp为比例放大倍数，kp越大，系统的稳定性下降，但精度提高； ki为积分时间，ki越小，积分作用加强，系统的稳定性降低。（二）单回路流量控制系统一、实验目的了解单回路流量控制系统的组成；PID调节器、执行机构、被控对象和测量环节等各个单元的工作原理和工作情况二、实验步骤1、按图2熟悉系统的组成。 图2单回路流量控制系统2 、检查连接线路和水路。连接管路L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11和手动阀F1、F3、F5。3、检查电源输入、输入输出端子等是否短路，正常后通电，观测流量计的输出以及工控机的模拟输入。4、标定流量测量变换值并建立被控对象的数学模型（可等效成一 阶惯性环节）。5、测试输出电路。6、设定、调整工控机中PID参数。7、给定流量设定值1.5L/min，记录闭环控制曲线。设定值范围1.12.3L/min， 注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验 采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改），运行时间根据被控对象的时间常数合理选取，由于流量时间惯性小，此处可设较小的运行时间，如1100000ms。8、改变PID参数，重复7。9、关小阀F5，做扰动实验。三、实验结果及分析1、 参数：kp=10,ki=0.035；2、 运行结果：3、 分析：kp为比例放大倍数，kp越大，系统的稳定性下降，但精度提高； ki为积分时间，ki越小，积分作用加强，系统的稳定性降低。（三）单回路压力控制系统一、实验目的了解单回路压力控制系统的组成；PID调节器、执行机构、被控对象和测量环节等各个单元的工作原理和工作情况。二、实验步骤1、 按图3熟悉系统的组成。 图3单回路压力控制系统2、检查连接线路和水路。连接管路L7、L8、L9、L10、L11、L12、L13和阀F4（全开）、F5（半开）。3、检查电源输入、输入输出端子等是否短路，正常后通电，观测压力计的输出以及工控机的模拟输入。4、标定压力测量变换值并建立被控对象的数学模型（可等效成一阶惯性环节）。5、测试输出电路。6、设定、调整工控机中PID参数。7， 给定压力额定值50mbar，记录闭环控制曲线。设定值范围0100mbar， 注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验 采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改），运行时间根据被控对象的时间常数合理选取，由于压力时间惯性小，此处可设较小的运行时间，如1200000ms。8，改变PID参数，重复7。9，增加扰动信号（F5开大），做扰动实验。三、实验结果及分析1、 参数：kp=2,ki=0.55；2、 运行结果：3、 分析：kp为比例放大倍数，kp越大，系统的稳定性下降，但精度提高； ki为积分时间，ki越小，积分作用加强，系统的稳定性降低。（四）复杂系统串级控制实验一、实验目的了解串级控制系统的基本原理及其组成；PID调节器、执行机构、被控对象和测量环节等各个单元的工作原理和工作情况二、实验原理串级控制系统的控制框图如下： 串级控制的目的是抵抗二次扰动。以本次实验为例，液位流量的串级控制，由于流量的波动，可以改变流量前向通路的阀门开度模拟加入一个流量扰动信号（即上图中所示的f2），可以视为二次扰动，外环为液位环，为了快速克服流量所带来的二次扰动，加入内环是非常必要的。泻水阀门变化导致的液位突变等因素作为一次扰动，主控制器完全能够克服它们带来的影响。三、实验步骤1、按图4熟悉系统的组成。2、检查连接线路和水路棗连接管路L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11和手动阀F1、F2（关）、F3、F5。3、检查电源输入、输入输出端子等是否短路，正常后通电，观测外环热电偶的输出、内环电压互感器的输出以及分别对应的工控机的模拟输入。4、标定液位、流量测量变换值并分别建立内、外环被控对象的数学模型（可等效成一阶惯性环节）。5、测试输出电路。6、设定、调整工控机中内、外环的PID参数（先设计内环PID参数，使之达到较好的动态性能，然后设计外环控制器）。调试时，先将外环断开（只需在【运行参数设置】选项卡上将复选框“调试内环”选中即可），设置内环控制器参数，调试内环稳定后取消“调试内环”，再设置外环控制器参数，综合调试。7、给定液位值3000mL，记录闭环控制曲线；并与单回路的控制效果进行比较。外环：设定值范围9007600mL，注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验。采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改）。 内环：设定值范围1.12.3L/min， 注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验 采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改）。8、打开水路调节阀F2，做一次扰动，5s后恢复，待系统稳定后关小水路调节阀F5，做二次扰动实验，5s后恢复，观察系统鲁棒性（抗扰动能力）。9、改变内、外环PID参数，重复7。 四、实验结果及分析1、 参数：主环kp=75，ki=0.5；副环kp=1.2，ki=122、 运行结果： 3、分析：串级控制系统对进入副环的二次干扰有较强的克服能力；由于等效对数时间常数减小，加快了系统的过渡过程。 （五）心得体会在上一学期的学习中，我们学习了过程控制工程和检测技术与仪表等的课程。但是，平时接触不到实际的操作台，只是空理论，不知道现场是怎样的一系列的操作过程。通过这短短五天的实习，我看到了缩小版的实际现场，虽然还有很多需要改进的地方，但是总比空理论强得多。虽然相关的课程，我们刚刚学完，但是经过一个假期，也忘了一些知识。所以，这次实习既让我们复习了上个学期的学习内容，同时也使我们掌握的知识更加深刻，理解的更透彻。为以后的工作打下坚实的基础。这次的实习，非常接近以后我们的工作内容及环境，因此，老师和同学也都很重视这次实习。对我们大三的学生来说，没次机会真的很重要，因为我们就要面临真正的操作现场了，光靠上课时的理论是远远达不到工作要求的。因此，珍惜每一次在校的实习课。在前四天的实习中，我们要做的就是通过调节参数来控制系统，使系统能够稳定的工作，得到相应的曲线。这是一个可以测量液位、流量、压力及温度的实验台。其可以搭成单回路控制系统，也可以搭成串级控制系统。但是调节参数的过程是很枯燥的，真的是需要一定的耐心。系统的每一个小变化都会引起参数的变化，所以这个过程要仔细认真的对待。在第一天的实习中，我们整整调了一天也没有得到一个标准的曲线，真的是有点灰心了。但是第二天，在老师的指导下我们慢慢的找到了一点思路，最后终于得到一个比较符合的曲线。之后我们又改变了系统阀门开度，再进行系统稳定的参数整定，进一步熟悉了操作过程，同时也使自己变得更有耐心。通过这次实习，不仅使我们掌握