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实验指导书doc 实验一热工对象调试与仿真 一、实验目的 1、了解CAE2000硬件系统，能够用硬件实现基本的热工调节对象。 2、理解热工调节对象的物理意义，学会用实验的方法测试分析被控对象的动态特性。 二、实验内容及要求 1、熟悉模拟机各部分的作用 （1）运算部件模拟中有6个比例积分器和3个比例器。 每个运算单元都有“外接”插口，可与面板上的电阻、电容、二极管和稳压管等元件连接实现加法、反向、积分、非线性等排题所需运算单元。 （2）常系数部件上面介绍过的积分器和比例器两种部件只能组成几个有限的固定传递系数，即使配有其他电阻电容组件，也还是不能组成任意参数，而在实际控制系统中的传递系数是任意的。 为此，本机在运算单元下部设有多个常系数器和电位器，灵活的组合上述部件可以方便的得到任意的传递系数。 （3）操作部件电源将电源开关拨至ON，电源指示灯亮，+15V、-15V插孔既有电流输出。 幅值调整是指对控制系统阶跃输入信号幅值进行调整。 将电源电压+15或-15V用插线接入幅值调整电位器的一端，拨动“阶跃开关”与“信号输出”端接通，调整电位器旋钮，并用电压表进行监测。 检零按钮“检零”是要完成对放大器的零点进行检零和调整,使其在输入信号为零时,输出电压也为零.按检零按钮时,电压表量程为1.5V,用来测量各运算放大器在调零时输出电压是否为零。 测量选择其拨码开关用来选择电压表的测量对象。 拨至19时，电压表可以测量拨盘上数码所选定的放大器输出电压初值，拨至0时，电压表则可测量其他接至测量插孔的电压值。 电压表当按下“检零”按钮时，电压表量程为1.5V，正常情况下量程为15V。 测量插孔当测量选择拨至0时，可接入待测的电压值。 “测量选择”选择其他数码时，“测量”插孔可输出电压表指示的电压值，供示波器或记录仪记录。 “复位”按钮进行再次运算前，按“复位”按钮，使每个积分器的反馈回路电容通过按钮接触点放电，以尽快消除电容上的残余电荷。 【注意】A、参加运算的放大器应该用插接线将反馈电阻接通，以免损坏放大器.B、电压表的“测量选择”必须置于“0”时，才能用此表测量其它电压值，否则可能损坏放大器。 2、选择合适的数据输入输出通道CAE2000提供的数据采集与分析处理功能可以完成多路不同信号制式过程的采集与监视。 在CAE2000的主窗口工具栏中选择数据采集项即可进入数据采集与分析处理主窗口，如下图所示。 在该窗口下，选择修改通道配置功能，对采集通道进行配置。 A/D采集通道输入范围05V。 3、二阶有自平衡能力和无自平衡对象排题图见下图有自平衡能力的对象其中111T RC=242T RC=211RKR=524RKR=传递函数为()()()()1211Y SKX STs Ts=+12K KK=无自平衡能力的对象21RKR=111T RC=242T RC=传递函数为()()()121Y SKX STs Ts=+ 三、实验步骤 1、进入CAE2000数据采集系统，对A/D输入通道进行配置。 2、依据排题图选择合适的器件连接电路。 3、检查电路无误后，打开总电源及模拟机电源开关。 用模拟机上电压表调整阶跃信号输出值。 4、关闭阶跃信号开关，将阶跃信号线与对象信号输入端连接，然后将信号输出线接入相应A/D输入通道。 5、在运行菜单栏下选择数据采集，打开阶跃信号开关开始采集数据。 6、采集完毕，保存采集结果并进行分析。 四、实验报告 1、实验前熟悉并画出实验系统的硬件接线图。 2、分析有自平衡能力对象自身参数变化时对其动态特性的影响。 3、分析无自平衡能力对象自身参数变化时对其动态特性的影响。 4、利用工程法求取对象的高阶传递函数。 参考答案:已知在惯性环节中()()1Y sKX s Ts=?+；1T RC=；21RKR=在积分环节中()()1Y sXsTs=?；1T RC=实验二单回路控制系统的模拟与调试一调节器基础DT-2031使用方法DT2031数字调节器是基于电动单元组合仪表进行升级，采用数字化技术的新型过程控制仪表，是一种智能型调节器。 仪表内部具有强大的微处理器，可根据不同用户的要求进行组态设定，实现各种信号处理和控制功能。 DT2031允许自由选择输入、输出420mA或010mA信号，可配接不同信号的输出变送器、执行器，实现具有微分前馈功能的PID、PI、PD、P控制方案，操作、组态、设定方便，性能价格比高。 （1）调节器面板面板上有以下几个显示器PV/DV数字显示使用方法如下当PV灯亮时，以工程量或百分比方式显示测量值；当DV灯亮时，以工程量或百分比方式显示给定值；在设定/修改时显示调节器提示字符。 SP/MV数字显示器，作用如下当SP的灯亮时，以工程量或百分比方式显示给定值；当MV灯亮时，以百分比方式显示条调节器输出；在设定/修改参数时显示数值。 光点显示器两个，作用如下DV（偏差）显示器，用百分比显示PV-SP的差值，范围-10%10%共21个光点，当DV10%时，10%刻度处的光点闪亮；当DV-10%时，-10%刻度处的光点闪亮。 MV（输出）显示器，用20个光点显示调节器的输出，显示范围0100%。 2个光点显示器的分辨率较低，当需要精确读数时可按“DSP”键，用数字显示器分别显示DV、MV。 工作状态指示灯，面板上共有9个LED（发光二极管）指示灯，用于指示显示器或调节器的工作状态。 其中，A、M为工作状态指示灯，指示调节器的运行方式，A灯亮表示自动状态，M灯亮表示手动状态，A灯或M灯闪亮表示跟踪状态；L、R灯表示内/外给定，指定给定方式，R灯亮表示外给定方式，L灯亮表示内给定方式；ALM报警指示灯，灯暗表示调节器无出错和报警，灯亮表示调节器有出错和报警，灯闪亮表示调节器严重出错，如输入信号异常、组态出错等。 此时调节器将强制为手动状态。 面板操作键，“DSP”键用于数字显示器的显示内容切换，在调节器工作时按“DSP”键，PV-DV、SP-MV指示灯交替发光，数字显示器显示对应参数；在进行参数设定/修改或查阅报警时用于选项。 “SET”键用于参数设定/修改时进入或退出，按下2秒钟后进入设定/修改状态，设定修改完毕后按一下“SET”键，退出设定/修改状态。 （2）调节器的运行方式调节器的运行方式分为手动方式、自动方式和跟踪方式。 （3）组态与设定DT2031在使用之前应根据系统要求进行组态与设定，功能选择和参数设定可以在组态时完成，一些需要在运行时修改的参数可以在组态时完成，一些需要在运行时在线修改的参数可以在仪表面板上通过操作键进行。 DT2031数字调节器备有组态软件T2.0版一套（DOS界面运行）和RS232通信电缆一根。 对于DT2031有一部分设置，例如开通关闭通道，正反作用等必须要从上位机进行组态。 组态设定上排显示下排显示ERR报警或出错PON1PID正作用 （0）或反作用 （1）DON1微分前馈引入切除P0比例带（0.0799.9%）P1积分时间（00099.9min）P2微分时间（0.0099.9min）P3死区（0.0100.0%）P4偏差报警值（0.0106.9%）P5PV下限报警值（-6.9106.9%）P6PV上限报警值（-6.9106.9%）L0输出限幅下限值（-6.9106.9%）L1输出限副上限值（-6.9106.9%）A0主通道系数（-100.0-100.0%）F0主通道滤波常数（0.0999.9s） （4）在线参数修改设定/修改和报警内容检索可以在线设定/修改的参数有PID正/反作用、微分前馈通道的引入/切除、PID的比例带微分时间和积分时间、微分前馈通道的超前时间和滞后时间、死区报警值、偏差报警值、PV上下限报警设定值、输出限幅上下限设定值、主通道辅通道1辅通道2和微分通道的系数、主通道辅通道1辅通道2和微分通道的滤波时间常数、超前滞后时间常数。 STG1003工业自动控制仪表组态设定按调节器面板上SET键2秒钟，进入参数设置状态，相应参数如下Err报警或出错d1外给定 （1）或内给定 （0）d2PID正作用 （0）或反作用 （1）d3输出4-20mA （1）或0-10mA (0)E11PV测量值信号输入4-20mA (1)或0-10mA (0)E12PV测量值信号开方运算 （1）或禁止开方E13PV测量值信号折线运算允许 （1）或禁止 （0）E21允许外给定 （1）或禁止外给定 （0）E22外给定电压信号1-5V （1）或0-10V （0）E31允许跟踪 （1）或禁止跟踪 （0）E32跟踪电压信号1-5V （1）或0-10V （0）P1比例带0.0799.9%P2积分时间0.099.99min P3微分时间0.099.99min P4死区0.0100%P5偏差报警值0.0100%P6PV下限报警值0.0100%P7PV上限报警值0.0100%C1输出限幅下限值0.0100%C2输出限幅上限值0.0100%F1PV测量值信号通道滤波常数0.0999.9s二单回路控制系统的模拟与调试（一）、实验目的了解调节对象的特性对调节品质的影响；了解不同调节规律对调节质量的影响及怎样选择调节器的调节规律；掌握使用电动仪表组成的调节系统现场投运和调试的步骤及方法。 （二）、实验步骤1仿真步骤了解单回路系统接线图中用到的各接线端子的意义。 调节器、操作器，伺服放大器和执行机构分别对应CZ 4、CZ 3、CZ1和CZ2。 调节器的 1、2和 11、12对应主通道输入和输出，均是电流信号； 14、15和 16、17分别对应跟踪输入和跟踪控制， 14、15为电压信号， 16、17端开路或16端为高电平时，调节器输出值不受跟踪信号的影响， 16、17端短路或16端为低电平时，调节器输出值随跟踪信号变化。 操作器的 5、6和 7、8分别为位置反馈信号入和位置反馈信号出。 伺服放大器的 9、11控制电机反、正转。 单回路用到的信号转换器V/I是机柜右下方1316号端子，I/V是2932号端子。 进行硬件的连接。 注意操作器的 7、8与伺服放大器的 8、7相连；有3处的信号转换负端子需要接地。 进行软件的连接。 取Kz=1,Km=1,Wd=/=0.45/(12s+1)3A/D、D/A模块的转换通道号与硬件一致，均为1号通道，对象的输出初值为0，设置两个输出曲线，曲线1以05V的范围表示了阀门0100的开度，曲线2显示了经过对象后的波动及稳定情况。 软件连线如图1进行调节器设置首先是由软件进行设置 (1)在计算机及调节器关机的情况下，将通信电缆一头插在计算机串口上，另一头插到调节器的通信口上，并把组合开关的1置于ON位置； (2)计算机开机，由UCDOS进入DT2031文件夹，键入TJQ,进入界面。 选择检索调用，然后仅打开T1主通道，内给，跟踪通道OFF。 然后数据存盘。 (3)将调节器组合开关的1推向OFF的位置，调节器上电； (4)将组态数据写入调节器； (5)调节器关电，将通信电缆从调节器的通信口上拔下，然后通电运行。 注意组合开关处于ON时，表示通信禁止，处于OFF时，表示通信开放；由上位机向调节器写入组态数据时，调节器内部将软复位一次。 然后是硬件调节器设置按住SET键2秒钟，进入设置。 可设置的内容如下设置PID正作用；微分前馈切除。 仿真步距和仿真时间的选择仿真步距T=nt/50nt/10仿真时间ST=(510)nt n被控对象传递函数的阶次；t被控对象传递函数的时间常数。 点击运行中的实时仿真，选择离散相似法，输入计算出的仿真时间和仿真步距，点确定。 中止运行时，点击运行中的结束并保存。 要比较参数不同时的各输出结果，可点击运行中的曲线分析进行比较。 2调试步骤用边界稳定法整定参数（要整定的参数是、Ti、Td）。 将调节器的积分时间置于最大，即Ti=99.9,置微分时间Td=0,置比例带于一个较大的值，调节器先置于手动。 将系统投闭环运行点击运行后，操作器由手动至50，待系统稳定后，将调节器打到自动，由操作器加入一固定的小的阶跃（如5），立刻将操作器打向自动，可以看到系统的波动情况。 逐渐减小比例带，直至系统进入等幅振荡状态。 记下振荡周期T k和此状态下的k；将其代入调节作用是PID时的公式1.67k,Ti=T k/2,Td=0.25T i。 将整定的参数在调节器上设置好，适当修改，直到调节过程满意为止。 （三）、实验报告 （1）总结P、PI、PID等调节作用对系统品质的影响。 （2）各种调节规律、调节参数下的系统响应曲线及其动态品质指标，并进行比较，说明差别所在。 （3）分析实验中出现的问题。 三串级控制系统的模拟与调试（一）、实验目的加深理解串级控制系统的工作原理，了解主副调节器的作用，熟悉串级控制系统的分析与整定方法。 （二）、实验步骤1仿真步骤控制对象Wd 2、Wd1分别模拟减温器和过热器部分的特性，两对象串联，Wd2为负对象，Wd1为正对象，正好符合喷水减温的规律。 额定工况时，过热器出口汽温1为540，减温器出口汽温2为350。 当过热器出口汽温从515变到565时，其温度变送器1的输出电流为420mA,当减温器出口汽温从325变到375时，其温度变送器2的输出电流为420mA，对应执行器输出开度1000。 了解串级系统接线图中用到的各接线端子的意义。 STG调节器是内部给定， 1、2表示测量值输入，在 2、3短接时是电流输入， 6、7是跟踪电压输入， 9、10是跟踪控制；DT调节器是外部给定， 7、8是外给定输入，以主调的输出作为其给定值， 1、2是主通道测量值输入。 信号转换器除了420mA和05V之间的转换，还有05V和15V之间的转换，使用的是912号端子。 进行硬件的连接。 注意需要准备一个250欧电阻，其上的电压作为STG的跟踪电压。 Wd 1、Wd2分别对应模拟量输出通道D/A1和D/A2。 进行软件的连接。 Kz=20，Km2=0.1X-32.5，Km1=0.1X-51.5，Wd2=-0.326/(5s+1)2初值Y0=375Wd1=0.96/(10s+1)4初值Y0=565A/D、D/A模块的转换通道号与硬件一致。 对象Wd 1、Wd2的输出初值分别为565和375，设置三个输出曲线，曲线0以表示了阀门0100的开度，其输出范围初值为0100，曲线 1、2显示了主汽温1和减温器出口汽温2的变化情况，其输出范围初值分别为515565和325375。 软件连线如图2进行调节器设置。 主调节器设定内给，跟踪关闭，正作用；副调节器设定外给，跟踪关闭，反作用。 a.进行副调节器软件的设置，按规定的程序进入界面，把内给定改为外给定。 b.进行副调节器硬件的设置，PID反作用，微分前馈切除。 c.进行主调节器硬件的设置按STG调节器面板上SET键2秒钟，进入参数设置状态。 具体设置如下内给定，PID正作用，输出420mA，PV测量值信号输入420mA(1-5V)，PV测量值信号禁止开方，PV测量值信号禁止折线，禁止外给定，禁止跟踪。 2调试步骤用边界稳定法整定参数（要整定的参数是 1、T1i、 2、T2i（主调的参数下标为1，副调的下标为2）。 先整定副回路将两调节器的积分时间都置于最大值99.9，微分时间为0，比例带均置于一个较大的值，如均为200，调节器先置于手动。 将系统主副回路均投闭环运行点击运行后，调节操作器，使系统稳定在额定工况，然后将调节器打到自动，由操作器加入一固