控制系统综合实验.docx

科技学院 综合实验报告 ( 2012 - 2013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： 动力系 班 级： 自动化09K3 学 号： 091912010328 学生姓名： 王逸波 指导教师： 平玉环 设计周数： 1周 成 绩： 日期：2013年1月7日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。成绩评分为通过以及不通过。 学生姓名： 王逸波 指导教师： 平玉环 2013年1月7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 紧凑型过程控制系统；上位机2. 液位控制系统2.1 液位控制系统流程图，如图1图1 液位控制系统流程图2.2液位控制系统流程如图1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，如图2图2 控制系统原理图3. 使过程控制系统工作在液位控制状态 打开手动阀2 # 和4 # ，其他手动阀关闭。确认工作流程如图1所示。4. 数字控制器组态 4.1 打开控制器电源，等待约10秒钟，控制器处于正常状态。 4.2 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。表1 控制器组态清单主菜单Structure结构Input1输入1Controller控制器Output输出Add.Menu附加菜单End结束子菜单Standard标准020mA信号类型：no开方函数PVh： 0显示上限PV1：-199.9显示下限SPh：180给定值上限SP1：0给定值下限A1：abs报警方式PV+：180报警上限PV-：0报警下限Hy：1.0报警滞后Fg1：20滤波器频率Kp1：放大倍数Tr：积分时间Td：0微分时间Pdb：0.001死区CO0：工作点Contin连续信号0-10V信号类型COh：100操作值上限CO1：0操作值下限Inv：no操作器反作用Seria：remote串口Bd：9600波特率Par：even奇偶校验Adr：0001口地址End附加菜单结束5. 求取对象动态特性 5.1 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。5.2 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。5.3 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。5.4 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。5.5 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。5.6 将阶跃扰动下的上升曲线按点描绘在坐标纸上，过程曲线见附图，用两点法求取对象动态特性参数（、T、K），小数点保留一位。由图得出：y()=160mm，y(0)=117mm，t1=45s ; t2=89s ; Tr=294s T=t2-t12=88s =(2t1-t2)=16. 按工程整定法，使用PI调节器，求出调节器的初设参数（Kp、Ti）（动态特性参数法）。 =1.1=3.586Kp=2.9Ti=3.3=3.37. 调节器参数整定 7.1 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)。7.2 点击“过程”（“过程”字体变亮），设置“给定值”为90（观察在5中得到输出水位的稳态值，设置给定值时尽量接近这个值），将手动切为自动。7.3 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。7.4 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。7.5 调节过程满足要求后，记下K、Tr，并记录曲线，求出超调量、过渡过程时间、最大动态偏差。过程曲线见附图，K=1.0，Tr=3.3过渡过程时间：Ts=84sy()=130mm，最大动态偏差：y1=134-130=4.2mm， 超调量： 衰减比： n =134-130130.6-130=6.678. 验证 8.1 给水阀门扰动实验整定好的系统，给定值不变，投自动待系统稳定后，由“自动”切“手动”，使执行器输出Y在现有值基础上变化10（原为60.9，现增大10，设为70）。系统再次投自动，待调节过程结束后，记录输出曲线，并求出衰减率、调节时间Ts。过程曲线见附图3。(Y原来为62.372.3)调节时间：Ts=46s衰减率：y()=130mm y1=131.6-130=1.6mm，y3=130.2-130=0.2mm三、综合实验总结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。 1、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。2、从实验结果来看，理论上根据工程整定方法得出的调节其参数与试验中实际的调节器参数有很大的误差，误差来源有以下几点：2.1在求取对象的动态特性参数时，由于作图是在选取了几个点后徒手绘制，存在一定的误差；用切线法求取参数时也存在误差；2.2由于在用工程整定时，是在一定的衰减率下求取得整定参数，所以与实际参数也存在一定的误差；2.3由于实际对象与理论求取的模型存在一定的差别，也产生了一定的误差；2.4实际操作和实验数据计算中也存在一定的误差。四、实验心得通过本次自动控制系统综合实验，了解了单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系，学会了数字控制器的组态方法。通过实际操作，掌握了控制系统的整定方法。通过对控制器参数的整定，又熟悉巩固