jason t——综合实验.docx

综合实验报告( 2014- 2015年度第 1 学期)名 称： 控制系统综合实验 题 目： 水位控制系统综合实验 院 系： 自动化系 班 级： 自动化1101 学 号： 201102020120 学生姓名： 陶王东 指导教师： 牛成林 设计周数： 1周 成 绩： 日期：2015年1月16日8控制系统综合实验任 务 书一、 目的与要求本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。1. 了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系。2. 学会数字控制器组态方法。3. 掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全部内容。二、 主要内容1熟悉紧凑型过程控制系统，并将系统调整为水位控制状态。2对数字控制器组态。3求取对象动态特性。4计算调节器参数。5调节器参数整定。6做扰动实验，验证整定结果。7写出实验报告。三、 进度计划序号实验内容完成时间备注1学习Burkert 1110型数字工业控制器的功能与操作1天2学习了解紧凑过程控制系统的设备与元件以及实验内容1天3查阅资料，确定水位系统数学模型的结构和参数辨识的方法05天4查阅资料，确定水位系统PID控制器整定方法05天5作水位系统实验求取数学模型，整定PID参数，并验证整定结果1天6整理打印实验报告1天四、实验成果要求完成实验报告，实验报告包括：1实验目的2实验设备3实验内容，必须写出参数整定过程，并分析控制器各参数的作用，总结出一般工程整定的步骤。4实验总结，此次实验的收获。以上内容以打印报告形式提交。五、 考核方式根据实验时的表现、及实验报告确定成绩。 学生姓名：陶王东 指导教师：牛成林 2015年1月16日一、综合实验的目的与要求本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。1. 了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系。2. 学会数字控制器组态方法。3. 掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全部内容。二、实验正文1. 实验设备1.1紧凑型过程控制系统1.2上位机2. 液位控制系统2.1 液位控制系统流程图，如图：打开手动阀2#和4#，其他手动阀关闭。 2.2 液位控制系统流程如图上图所示，被控对象为水箱2，被控参数为水箱2的液位，执行器为水泵。水泵将水箱1的液体输送到水箱2，水箱2的液位通过水箱上方的超声波传感器测得，并将信号输入到控制器，控制器将测量信号与给定信号比较运算后，向水泵发出控制信号，控制水泵的转速，使液位控制在给定数值上。2.3 控制系统原理图，如下：3、数字控制器组态3.1 打开控制器电源，等待约10秒钟，控制器处于正常状态； 3.2 控制器组态同时按控制器“SELECT”键和“ENTER”键持续5秒，控制器进入组态界面，显示组态菜单。如果显示“Remote”，则说明控制器正在由上位机控制，须通过“SELECT”键选择“Local”项并由“ENTER”键确认，显示屏才显示主菜单的“StroMenu”项。如果进入组态界面时，液晶屏显示主菜单的“StroMenu”项，可直接组态。组态内容见表1，没有标出数值的参数可由“ENTER”键直接确认。4、求取对象动态特性4.1打开上位机，选择不还原系统，在Windows窗口下双击“EzDDE”图标，即打开通信软件，并使弹出的窗口最小化。4.2打开测量监控系统主界面，在主界面上点击“测量”按钮，进入测量监控子界面。4.3将自动切为手动状态，输入Y=55（执行器输出为55%），观察水位输出曲线。4.4当水位趋势平稳时，加入幅度为15的阶跃值（Y=70），观察水位输出曲线。4.5待水位趋势平稳后，点击“历史趋势”按钮，转至历史趋势画面。点击“刷新”按钮显示整个过程曲线。4.6将阶跃扰动下的上升曲线按点描绘在坐标纸上，过程曲线如下，用切线法求取对象动态特性参数（、T、K），小数点保留一位。求得:k=1.56；T=247;3. 按照工程整定法，求出调节器的初设参数 8 4. 调节器参数整定4.1在监控画面点击“配置”（“配置”字体变亮），设置K、Tr(即6中求出的Kp、Ti)。4.2点击“过程”（“过程”字体变亮），设置“给定值”为90（观察输出水位的稳态值，设置给定值时尽量接近这个值），将手动切为自动。4.3待水位平稳后，加给定值扰动S=30（保证水位在90-140mm之间变动），现设置“给定值”为120，观察水位变化情况。4.4观察阶跃响应曲线是否符合要求。如果不符合要求，依照调节器各参数对调节过程的影响，改变相应的调节参数，重复7.17.3内容。把6中计算的参数输入到系统中发现系统运行不太稳定，经调整后参数改为： 4.5调节过程满足要求后，曲线大致如附件：5. 验证5.1执行器扰动整定好的系统，设定SP=100，投自动待达到稳态，点击“手动”，使执行器输出在现有基础上增加20%。系统再次投入自动状态，带调节过程结束后，记录输出曲线，看曲线是否稳定，曲线见附件：5.2给水阀门扰动 整定好的系统在平衡状态下（自动），将4#手动关闭5S再打开，观察调节系统的抗干扰能力。记录下调节曲线见附件。6. 总结一般工程整定的步骤：6.1 求取对象飞升曲线，并用切线法或者两点法求取对象在本工况下的传递函数；6.2 利用Z-N公式和对象参数求取控制器初始参数；6.3 在对象的稳定工况下，切自动并且加入适当的给定值扰动，观察输出曲线是否满足控制指标要求，若满足要求，则参数整定完毕，若不满足要求，则适当改变控制器参数，知道输出曲线满足要求位为止。6.4 在闭环系统下，某稳定工况时加入调节量扰动，观察输出曲线，若其满足控制指标（能很快消除扰动），则说明整定的参数合格，否则还得对参数做进一步的调整。三、综合实验总结或结论本次实验是以单容水箱为被控对象，对单容水箱水位控制系统进行实际控制调节。通过本次试验，初步掌握了数字控制器的组态方法；通过实际操作，进一步熟悉了被控对象动态特性参数的求取，以及工程整定的步骤，来获得理论上的最佳整定参数。但由于我们那组的实验仪器不是特别的好，所以做出的曲线和理想的曲线差别很大，一开始也有些手忙脚乱，但在牛老师的耐心指导下，我们比较顺利的做完了实验，并看到了现实的自动化系统的调整及运行。但也感受到工程整定只是大概的方向与范围，有时还需要很大程度上去调整参数，这都需要