过程控制仪表1233.doc

深对不同调节环节作用的理解，本实验属于综合性实验目录 实验一：变送器的构成和调校实验学时：2学时实验类型：验证性实验要求：必修一、实验目的1）、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法2）、掌握差压传感器零点的迁移方法。3）、加深理解传感器零点与量程的相互影响二、实验内容1、设备组装与检查： 2、系统接线3、启动实验装置：4、仪表调整：三、实验原理、方法和手段系统结构框图如下所示图1-1、水位、压力 、流量控制系统框图四、实验组织运行要求采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。五、实验条件 TKGK-1实验台、万用表六、实验步骤1、设备组装与检查：1）、将GK-07、GK-06、GK-05、GK-04挂件由左至右依次挂于实验屏上。并将挂件的三蕊插头插于相应插座中。2）、检查挂件电源开关是否关闭。3）、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。2、系统接线1）、按照装置使用说明书中的GK-07交流变频调速控制箱的常用使用方法进行接线。2）、将GK-05正给定信号接至GK-07变频器的VIA与GND端子。3、启动实验装置：1）、将实验装置电源插头接到220V市电电源。2）、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。3）、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，电压表指示220V。4、仪表调整：在GK-02模块左侧，设有四个控制参数的数显仪表， 其输入接线柱分别接LT1、PT、LT2、FT、TT等相应传感器检测信号的输出（标准信号为05V DC）。表头的右侧各有二个电位器，可通过这些电位器调整零位和增益，在传感器校验实验时要使用，同时在实验进行之前，每次都应调整好传感器的零位和增益。5调试步骤如下：1）、打开阀1、阀3，关闭阀7、阀8，（或者打开阀7、阀8，关闭阀1、阀3）关闭阀2、阀4，然后开启变频器，启动水泵，给上下水箱供水，使其液面上升至10cm高度，关闭变频器。2）、用三根6的橡皮导气管（约0.6m长），使其一端（上端）竖直地插入上、下水箱底部（上水箱插两根，下水箱插一根）。另一端（下端）完全裸露在大气中。3）、将三根导气管的下端接到三个差压传感器（MPX2010DP）的正压室。4）、将各增益调节电位器置于中间位置，然后调节零位调节电位器，使LT1两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。5）、开始零位调节： a、打开阀2、阀4，排空上、下水箱中的水，关闭阀2、阀4。 b、调节“零位调节”电位器，使LT1、LT2和PT输出为零伏，显示器显示为00.00cm。注：稳定几分钟后进入下一步。6）、开始增益调节： a、启动齿轮泵，使上、下水箱水位上升至于10cm高度，然后再关闭齿轮泵。 b、调节“增益调节”电位器，使LT1、LT2显示器显示10.00cm，Pa显示器显示980Pa。7）、重复5、6步骤，复调零位和增益，以满足系统要求（传感器输出电压为3.33V伏时，LT1与LT2的显示值为10.00cm，Pa的显示值为980Pa）。七、思考题1为什么零点和量程是相互影响的实验二：一阶、二阶系统的模拟调节实验学时：4学时实验类型：综合性实验要求：必修一、实验目的1）、熟悉单回路单容、双容液位控制系统的组成和工作原理。2）、研究系统分别用P、PI和PID调节时的控制性能。3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验内容（一）、比例（P）调节器控制（二）、比例积分调节器（PI）控制（三）、比例积分微分调节器（PID）控制三、实验原理、方法和手段图2-1、双容水箱液位控制系统的方框图图2-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度；具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。 对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数和Ti调节得合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的控制作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。四、实验组织运行要求采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。五、实验条件 TKGK-1实验台、万用表、秒表.六、实验步骤（一）、比例（P）调节器控制1）、按图2-1所示的结构接成单回路的实验系统。其中被控对象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。2）、把调节器置于“手动”状态，其积分是时间常数置于最大处，微分作用开关设在“关”的位置，比例度设置于最大值处，“正-反”开关拔到“反”的方向，即此时的调节器为比例调节（P）。3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机程序，在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被调量调到给定值（一般把液面高度控制在水箱高度的50%处）。4）、观察计算机显示屏的曲线，待被调量基本稳定于给定值后，即可将调节器的开关由“手动”位置拔到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。5）、待系统的输出趋于平衡不变后，加入阶跃扰动信号（一般可通过改变设定值的大小来实现），经过一段时间运行后，系统进入了新的平衡状态。利用秒表和LT2液位指示仪表记录整个过渡过程曲线,计算系统的余差ess和超调量p的大小 。（二）、比例积分调节器（PI）控制1）、在比例调节器控制实验的基础上，加上积分作用，即把“I”（积分）由最大处（“关”） 旋至中间某一位置，观察被控制量是否能回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2）、固定比例度值（中等大小），给定一积分时间Ti值。然后加一阶跃扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线、调节时间tS、超调量P。注意: 过小的和过小的Ti都可能会导致系统的不稳定。 （三）、比例积分微分调节器（PID）控制1）、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，以看出微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的、Ti和Td ，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从50%增至60%来实现）。七、思考题1）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？2）、为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？3）、有人说：由于积分作用增强，系统会不稳定，为此在积分作用增强的同时应增大比例度，你认为对吗？为什么？4）、试用控制原理的相关理论分析PID调节器的微分作用为什么不能太大？5）、为什么微分作用的引入必须缓慢进行？这时的比例度是否要改变？为什么？6）、调节器参数（、Ti和Td）的改变对整个控制过程有什么影响？八、实验报告1）、画出、PI、PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D对系统性能的影响。2）、综合评价P、PI、和PID三种调节器对系统性能的影响。实验报告的基本内容及要求1实验预习在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。2实验记录学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来