电气《计算机过程控制》实验指导书 精品.doc

实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验1、试验方案：水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）调整水箱出口到一定的开度。突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。LT103给定值图1 单容水箱液位数学模型的测定实验QohQiFV101 通过物料平衡推导出的公式：那么 ，其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成。公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，就是水阻。如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示：。相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的过程控制，金以慧编著。测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO02、实验步骤：1) 在现场系统A3000-FS上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。2) 在控制系统A3000-CS上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。3) 打开A3000-CS电源，调节阀通电。打开A3000-FS电源。4) 在A3000-FS上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。5) 调节内给定调节仪设定值，从而改变输出到调节阀（FV101）的电流，然后调节JV303开度，使得在低水位时达到平衡。6) 改变设定值，记录水位随时间的曲线。 3、参考结果单容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示：图2 单容水箱液位飞升特性此时液位测量高度184.5 mm，实际高度184 mm -35 mm =149 mm。实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm。此时负载阀开度系数:。水槽横截面积：0.206m。那么得到非线性微分方程为(标准量纲): 。进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验1、试验方案：水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为下水箱水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）调整水箱出口到一定的开度。突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。逻辑结构如图1所示。通过物料平衡推导出的公式：，其中R1、R2为线性化水阻。那么：。定值QiLT103记录QoH图1 双容水箱液位数学模型的测定实验FV101测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO02、实验步骤：1) 在A3000-FS上，将手动调节阀JV205、JV201完全打开，并使阀中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。2) 在A3000-CS上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。3) 打开A3000电源，调节阀（FV101）通电。4) 在A3000-FS上，启动右边水泵，给中水箱V103 注水。（下水箱V104由中水箱V103注水。）5) 调节内给定调节仪设定值，从而调节输出到FV101的电流，然后调节下水箱闸板开度，使得在低水位达到平衡。6) 改变设定值，记录水位随时间的曲线。3、参考结果双容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示：图2 双容水箱液位飞升特性平衡时液位测量高度215 mm，实际高度215 mm -35 mm =180 mm。对比单容实验，双容系统上升时间长，明显慢多了。但是在上升末端，还是具有近似于指数上升的特点。明显有一个拐点。实验3 三容水箱液位数学模型的测定实验由于三容水箱液位数学模型具有更高阶导数，比较复杂，所以本实验为复杂控制系统以及高级算法研究提供了条件。1、试验方案：水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）调整水箱出口到一定的开度。突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。逻辑结构如图1所示。LT103记录QoH图1 三容水箱液位数学模型的测定实验定值QiFV101通过物料平衡推导出的公式：综合可以得到一个复杂的三阶微分方程。2、实验步骤：1) 在A3000-FS上，将手动调节阀JV204、JV201完全打开，并调节上水箱、中水箱和下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。2) 在A3000-CS上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。3) 打开A3000电源，调节阀FV101通电。4) 在A3000-FS上，启动右边水泵，给上水箱V102注水；水箱V103、V104则分别由上、中水箱注水。5） 调节内给定调节仪设定值，从而改变输出到FV101的电流，然后调节下水箱闸板开度使得在低水位段达到平衡。6） 改变设定值，记录水位随时间的曲线。测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO03、参考结果三容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示：图2三容水箱液位飞升特性实验4单容水箱液位控制实验LT103图1单容上水箱液位定值(随动)控制实验QohQiLIC101FV101给定值单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P,PI、PD控制器特性。控制逻辑如图1所示：测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO01、实验方案水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。2、控制策略使用PI、PD、PID调节。 3、实验步骤1) 使用组态软件进行组态。数值定义为0100。实时曲线时间定义为510min。2) 在A3000-FS上，打开手阀JV206、JV201，调节下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。3) 连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。4) 打开A3000电源，打开电动调节阀开关。5) 在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给下水箱V104注水。6) LT103控制器FV101单回路定值以及数学模型的实验。7) 按所学理论操作调节器，分别进行P、PI、PID设定。 简单设定规则：首先把P设定到30，I关闭（调节仪I3600关闭），D关闭（调节仪D=0关闭）等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。设定值60%。一般P越大，则残差越大。可以减少P，直到出现振荡。则不出现振荡前的那个最小值就是P。PI控制首先确认上次的P，我们可以不改变这个P值，也可以增加10%。然后把I设定为1800。关闭水泵，等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。设定值60%。观察控制曲线的趋势，如果出现恢复非常慢，则可以减少I，直到恢复比较快，而没有出现振荡，超调也不是非常大。最后逐步增加D，使得控制更快速，一般控制系统有PI控制就可以了。4、参考结果单容水箱液位控制实验下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm。比例控制器控制曲线如图所示。多个P值的控制曲线绘制在同一个图2上：图2 比例控制器控制曲线从图可见P=16时，有振荡趋势，P=24比较好。残差大约是8%。PI控制器控制曲线如图3所示。选择P=24，然后把I从1800逐步减少。图3 PI控制器控制曲线如图所示，在这里I的大小对控制速度影响已经不大。从I=5时出现振荡，并且难以稳定了。I的选择很大，8-100都具有比较好的控制特性，这里从临界条件，选择I=8到20之间。PID控制器控制曲线如图4所示：图4 PID控制器控制曲线P=24,I=20,D=2或4都具有比较好的效果。从控制量来看，P=24,I=8,D=2比较好。ADAM4000模块控制的结果如图5所示。图5从图可见，P=4，I=8000，D=2000控制效果是最好的。实验5 双容水箱液位控制实验单容双容水箱液位定值(随动)控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO01、实验方案水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为下水位H。使用PID控制，看控制效果。2、控制策略使用PID调节。3、实验步骤1) 使用组态软件进行组态。注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。因为多容积导致的延迟比较大。2) 在A3000-FS上，打开手阀JV205、JV201，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。3) 连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。4) 打开A3000电源。5) 在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给中水箱V103注水。6) LT104控制器FV101单回路定值以及数学模型的实验。7) 按所学理论操作调节器，进行PID设定。首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。然后再加I值。参见实验10。4、参考结果双容水箱液位控制实验下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7 mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm.。中闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量10mm。从定性分析，中间水箱的出水口应该比下面的大些，否则可能很难控制。PI控制器控制曲线如图1所示：图1 PI控制器控制曲线PID控制的曲线具有两个波，然后逐步趋于稳定。由于系统延迟很大，这个稳定时间非常长。比较好的效果是P=24, I=200，D=2。如图2所示：图2 PID控制曲线从图可见，增加微分项之后，系统在有10%的扰动下，很快就进入稳定状态。ADAM模块曲线图：SP=25, P=2, I=200000, D=0实验6 三容水箱液位控制实验与双容水箱液位定值(随动)控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口下水箱液位LT103AI0AI0调节阀FV101AO0AO01、实验方案水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为下水位H。使用PID控制，看控制效果。2、控制策略使用PID调节。3、实验步骤1) 使用组态软件进行组态。注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。因为多容积导致的延迟比较大。2) 在A3000-FS上，打开手动调节阀JV204、JV201，调节上、中、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。3) 连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。4) 打开A3000电源。打开电动调节阀开关。5) 在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给上水箱V102注水，同时中水箱V103、下水箱V104分别由上、中水箱注水。6) LT103控制器FV101单回路定值以及数学模型的实验。7) 按所学理论操作调节器，进行PID设定。首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。然后再加I值。参见实验10。4、参考结果三容水箱液位控制实验下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7 mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm。中闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量11mm。上闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量12mm。ADAM4000开始，P=2,I=1000秒，D=2秒，PID控制曲线如图1所示。图1三容控制曲线图从图上可见，该系统的稳定时间非常长，大约1小时。P=10实验7 串级控制实验串级试验包括液位串级控制和换热器串级控制实验。这里介绍液位串级。液位比温度实验好做得多。LIC101图1 液位串级控制实验水泵LT102下水箱V104中水箱V103LT103LIC102第一个动力支路 引入干扰给定值输出值输入值给定值串级控制系统框图如图2所示。X主调节器LIC101副调节器LIC102下水箱液位LT103LT103主回路干扰给定值+-图2液位串级控制系统框图X-调节阀FV101中水箱液位F101中水箱液位LT102下水箱液位副回路干扰水泵P101各个回路独立调整结束，使得主调节器输出与副调节器给定值相差不是太远。我们利用前面的实验中的PID数据。而副控制器只进行P调节。副回路对V103液位进行控制，这个反应比较快，副回路的控制目的是很快把流量控制回给定值。可以通过另一个动力支路加入部分液位干扰。主回路对V104液位进行控制，由于控制经过了V103，时间延迟比较大。可以在V104中加入主回路干扰，要平衡这个干扰，则需要经过流量调整，通过V103来平衡这个变化。测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口LT102 TT104AI1AI1LT103FT102AI0AI0调节阀FV101AO0AO01、实验方案被调量为调节阀开度，控制目标是水箱V104液位。首先实现副回路的控制，主要目的获得P参数，通过测量液位，控制调节阀，使得V104保持到给定值。如果已经进行了V103的单容定值实验，则该步可以不做。然后实现主回路的控制，通过测量V104液位，然后控制调节阀，从而也使得V104液位尽量保持到给定值。然后进行两个控制回路的连接，把主回路的输出连接到副回路的给定值。从而形成串级控制。注意尽量无扰切换。2、控制策略使用两个PID调节。副回路调节器只比例控制。3、实验步骤：1) 在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV205，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。2) 按照列表进行连线。或者按如下操作：在A3000-CS上，将中水箱液位（LT102）连到内给定调节仪输入端，输出端连接到电动调节阀（FV101）输入端。3) 在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给中水箱V103注水。4) 首先进行副回路比例调节，获得P值。5) 切换至单主回路控制状态：断开中水箱液位与内给定调节仪的连线，将下水箱液位连到内给定调节仪输入端。调整主控制回路（调节P、I值即可），对主控制器或调节器进行工作量设定。6) 关闭阀门JV205，当中水箱液位降低2cm高度，打开阀门，观察控制曲线。7) 切换到串级控制状态（此时最好无扰动）：将中水箱液位连到外给定调节仪输入端，内给定调节仪输出端连接到外给定调节仪的外给定端子，外给定调节仪的输出连接到调节阀。重复第6步。改变给定值，记录控制曲线。4、参考结果副回路P参数设置：ADAM4000模块P=4主回路PID参数设置：P=3.5，I=100s。单主回路加扰动后控制曲线如图3所示。图3 单主回路加扰动后控制曲线系统平衡所需要的时间10分钟。串级控制曲线如图4所示。图4串级控制曲线系统平衡所需要的时间不超过3分钟。可见串级控制对于副回路内的扰动，可以快速平衡。实验8 比值控制系统实验 电磁流量计流量与涡轮流量计比值控制实验，可以与“随动系统”和“串级系统”进行比较。测量与控制端连接表测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口电磁流量计FT102AI0AI0涡轮流量计FT101AI1AI1调节阀FV101AO0AO0FT1021#调节阀FV101FT101比值器调节仪Q1Q22#图1 比值控制系统原理图如果进行常规PID仪表实验，比值器通过内给定智能PID调节器实现。把微分，积分调节取消。就是一个比值器。注意调节器比例带是P调节中的比例系数求反。AI0为第一个内给定调节仪输入。显示范围可以是4-20mA，则给定值4 mA；也可以是（工程量）0-1.2，也可以是0-100百分比，那个给定值就是0。 在第一个调节仪作为比值器使用之前，请切换到手动，设置输出为4 mA，然后切换到自动状态。如果把P简单看成比例，那么可以控制两个流量的百分比相等。(注意水泵提供的流量占电磁流量计最大的50%，所以电磁流量计不能超过该数值。如果要准确到流量成比例，只需要在原来的P值修正两个流量计的最大值之比就行。例如：涡轮流量计百分比：电磁流量计百分比=1：P，那么实际流量比就是1.2：3P。外给定的调节仪输入为FT101，给定值为第一个调节仪（作为比值器）的输出。输出控制电动调节阀。1、实验方案被调量为调节阀开度，控制目标是水流量，通过两个流量不同比例下的比较，然后输出控制值到调节阀。实行PID控制，看控制效果，进行比较。2、控制策略使用PID调节。3、实验步骤：1) 在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、JV103、JV201、JV206及电磁阀XV101（直接加24V到控制端），其余阀门关闭。2) 打开A3000电源。3) 在A3000-FS上，启动左边水泵（P101），右边水泵（P102）。（也可以启动变频器控制）。4) 在A3000-FS上，通过调节变频器或调节手阀JV103开度，从而设定涡轮流量计（FT101）的流量固定，例如0.5m/h。5) 按照测量与控制端连接表连线：在A3000-CS上，将电磁流量计（FT102）的输出连接到AI0，输出端AO0连接到电动调节阀（FV101）；涡轮流量计（FT101）的420mA输出信号连接到AI1。6) 对控制器或调节器进行设定。7) 改变比值器的比例值（如果是调节仪就是比例度P）给定值，记录控制曲线。4、参考结果常规智能仪表控制P=30、I=100S、D=2S 控制曲线如图2所示。图2比值控制实验实验9 前馈-反馈控制系统实验前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。该实验常规仪表无法完全实现，常规仪表手动输出，辅助实验。（参考清华大学出版社1993年出版的过程控制 主编金以慧 P124-136）工业上，使用换热器对料液进行加热，加热使用蒸汽。我们这里使用换热器加热冷水，把冷水看成某种工业料液。控制目标是料液的出口温度。如图1所示。设法保持锅炉内温度变化不大，是用热水给该料液加热。测量料液的流量、温度。前馈控制q1-+TT101热水FT101kXq2r+冷水PI-调节阀q2TT103 图1 前馈反馈控制系统原理图前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验。我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据热量平衡关系，简单的前馈控制方程为： 其中k是常数，与水比热和热交换效率相关，Q是流量。这个前馈输出到调节器的输入，从而得到一个前馈控制系统。需要调整k是常数，直到具有合适的补偿效果。通过一个PI调节，使得热水流量增大到需要的补偿值。而后我们增加了一个反馈控制通道，测量热水出口温度，然后控制冷水流量。在控制通道中增加前馈控制系统，类似于串级控制。测量与控制端连接表测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口换热器热入TT101AI1热水流量FT101AI2换热器热出TT103AI3调节阀FV101AO01、实验方案被调量为调节阀，控制量是热水流量，控制目标是热水出口温度。首先实现前馈控制，通过测量换热器热水流量、温度，控制调节阀，使得换热器冷水流量变化跟踪换热器热水流量与温度变化。然后实现反馈控制，通过测量换热器热水出口温度，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。2、控制策略前馈控制、温度PID（类似于串级）控制。3、实验步骤：1) 在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、 JV105，使用DO0数字输出端口，或接地直接打开电磁阀XV101。其余阀门关闭。2) 按照测量与控制列表进行连线：在A3000-CS上，电磁流量计输出端连接到AI0；涡轮流量计输出端连接AI2；锅炉水温连接到AI1；换热器热出端连接到AI3； AO0连接到电动调节阀（FV101）。将电动调节阀（FV101）输入端连接到PID调节仪上，手动输出，辅助实验。3) 打开A3000电源。4) 在A3000-FS上，启动左边水泵（P101），给锅炉V105注水。关闭手阀JV104。5) 启动右边水泵（P102）。减小手阀JV105开度，使得热水流量大约为0.3m/h。6) 启动锅炉的加热器，可以让外给定的智能调节仪手动给出20mA电流加热。 当加热到70度左右，适当减少手动给出的控制调压器的电流，使温度基本保持在70度左右。7) 启动上位机，设置控制器参数，设置前馈系数，记录其实时曲线。8) 突然改变热水流量，观察并记录下曲线的变化。4、参考结果在前馈-反馈控制下的控制曲线如图2所示：图2前馈反馈控制曲线实验10大延迟系统史密特补偿控制实验锅炉水温滞后控制实验，如图4-45所示。可以通过阀门改变滞后管长度，从而改变滞后时间。被控制量是调压器的输出电压，控制量是锅炉内水温，测量值是经过滞后管纯延迟之后的温度。这个滞后时间可以通过开关调整。锅炉中的水是静态水，锅炉下面连接了滞后管，滞后管管径少，不会对整个锅炉内水量有太大影响。如果使用补偿的方法，则该实验常规仪表无法实现。V105 锅炉TT102TT101调压器BS101TC102图1 纯滞后控制系统结构图JV501JV503JV502其控制系统框图如图2所示：图2 史密特补偿系统方框图XGC(S)控制器Kpgp(s) e-TdSKpgp(s)Y(S)干扰D(S)R(S)+-+纯滞后e-TdSKsgs(s)U(S)Y(S)系统的对象传递函数为：，为使调节器的采集信号Y(s)不会延迟，则并联一个补偿器，如图虚线部分，具有传递函数。使得调节品质与没有纯延迟一样，只是时间坐标比设定值延迟了。1、实验方案被调量为锅炉水温，通过测量滞后管水温，控制器调压器输出功率。测量与控制端连接表测量或控制量测量或控制量标号使用PID端口使用ADAM端口锅炉内水温TT101AI1滞后管水温TT102AI0调压器BS101AO02、控制策略首先测量滞后时间，与系统传递函数，然后设计史密特补偿器与PID调节一起作用。3、实验步骤：1) 在A3000-FS上，将手动调节阀JV104、JV106及电磁阀XV101全开，滞后管阀门JV501，JV502开，其余阀门关闭。2) 在A3000-CS上，将滞后管水温（TT102）连到AI0端；锅炉水温（TT101）连到AI1；将AO0输出端连到调压器输入。3) 打开调压器开关。A3000通电。4) 在A3000-FS上，启动左边水泵（P101），给锅炉V105注水到一半高度，关闭水泵。（一定要超过下面的液位开关高度，否则由于联锁保护，无法启动加热器。）5) 启动上位机，记录锅炉内水温与滞后管水温与调压器（MV）三者数据关系。6) 通过三者的数据，计算传递函数，从而获得对象系统参数。对象是一阶惯性的。其函数可以表示为：。使用最小二乘法可以拟和一个最好的近似函数。7) 根据对象的近似函数，设计补偿器。8) 首先使用PID调节器进行单独调节，纪录控制曲线。9) 加入补偿器，纪录控制曲线。10) 分析比较数据。11) 关闭滞后管阀门JV502，打开JV503，从而增加滞后时间，重复实验步骤5到10。4、参考结果设备设定参数如下：短纯滞后时间条件下：没有控制系统时，锅炉内水温与滞后管水温与调压器三者数据曲线：获得的，其中纯延迟时间为：无补偿器的PID控制曲线如图所示。长纯滞后时间条件下：没有控制系统时，锅炉内水温与滞后管水温与调压器三者数据曲线：获得的，其中纯延迟时间为：无补偿器的PID控制曲线如图所示。 实验11 经典解耦控制系统实验管道中流量压力控制系统就是相互耦合的系统。控制阀A和B对系统压力的影响程度同样强烈，对流量的影响程度也相同。因此，当压力偏低而开大控制阀A时，流量也将增加，此时通过流量控制器作用而关小阀B，结果又使管路的压力上升，阀A和B相互间互相影响着，这是一个典型的关联系统。关联的系数与温度等参数无关，具有一致性。该实验常规仪表无法完全实现。PT1011#调节阀2#调节阀FT102图1 管道压力与流量解耦控制实验P2P0解耦器PICFIC调节器调节器P1h1、实验方案被调量 为1#，2#调节阀开度，控制目标是管道中流量和压力。如果使用两个独立的调节仪来控制，难以得到好的效果，但是我们可以与解耦后的效果进行比较。由于调节阀不是线性的，整个系统的准确数学模型难以得到。所以我们只针对小范围变化，静态条件下进行解耦，脱离这个条件可能效果不是很好，但是应该比不解耦的要好。对于调节阀，流量压力关系：相对增益矩阵：我们固定P1小范围内。由于不涉及温度等问题，所以该过程基本上只与压力和开度有关，是时不变的。P0=12.4m水柱，P2=0.9m水柱。如果P1=5m水柱左右，系统耦合非常严重