过程控制系统专题实验报告-孙鸿

1、XIAN JIAOTONG UNIVERSITY过程控制系统专题实验实验报告姓名：孙鸿班级：自动化03学号：10054070同组者：无一、 实验名称基于“组态王”的液位控制系统二、 实验仪器PC机、RS485通讯卡、三阶液位控制系统、“组态王”6.5软件三、 实验目的1、熟练掌握“组态王”软件的应用；2、培养学生分析问题，解决问题的能力；3、提高动手能力，养成良好的系统设计风格；4、熟练掌握三阶液位控制系统的系统调试。四、 实验要求1、熟练掌握“组态王”软件；2、利用“组态王”软件设计友好的控制监控界面并能实现实时监控。五、 实验内容1、基于“组态王”的液位控制系统是一个分布式控制系统，请用文

2、字和图表设计说明该系统的硬件组成；2、利用“组态王”软件模拟系统运行：a.利用“组态王”软件设置三阶液位控制系统的组态，实现硬件的组成和软件状态设置； b.利用组态王软件设计优美的三阶液位控制系统界面并能实现实时监控（包括实时控制画面、报警指示灯也可以加声音等）；历史曲线 统计棒图 饼图等。c.模拟监控系统的运行，要求画面美观大方、运行时形象逼真；d.系统联调:1）熟悉液位控制系统的操作方法与步骤； 2）利用“组态王”软件画出液位控制系统工艺流程图，连接控制系统； 3）适量增加(减少)给定值，观察液位变化，组态画面中曲线变化，跟踪情况及仪表上数值的变化； 4）观察电动调节阀的开度变化规律； 5

3、）改变几组P、I、D参数，领会其对控制系统的影响； 6）观察控制效果，分析控制数据；7）利用手动阀加扰动，观察液位控制系统的调节过程；六、 实验结果1. 三容水箱液位定值控制实验结构框图及实验结果图实验结构框图如下，属于典型串级控制系统范围。整个系统由水箱、电动自动调节阀、磁力驱动泵、压力传感器、各种管道和阀门等硬件和组态王6.5的软件组成。图1.实验结构框图图2.实验设计图图3.历史曲线图图4.系统跟随性能图2. 调节器相关参数的整定过程本次实验调节器的相关参数使用了试凑法，将Kp、Ki和Kd的参数整定分为了三步如下：a 整定比例系数Kp：此步奏属于整定参数的第一步，首先要将Ki=,Kd=0

4、,然后设定好实验的设定值，将Kp由小逐渐增大，调到系统有不是很大的超调量就行；b 整定积分系数Ki:在比例系数已经整定好的基础上，为了消除系统的稳态误差而引入了积分系数。可以先适当降低之前调节好的比例系数，然后将本系数置零后由小调大，直到稳态误差达到系统调节要求；c 整定微分系数Kd：在上述两个参数均调节就位后，若系统还是达不到要求，则可以加入积分作用产生提前动作的作用。先略减小Kp与Ki，然后逐渐增加Kd的值，反复调节直到系统满足各种要求。通过上述三个步奏的试凑法，本次试验所选定的参数为：Kp=190;Ki=90;Kd=1403. 分析三阶系统在阶跃扰动下的静、动性能在阶跃扰动下影响三阶系统

5、的静、动性能的因素有二：其一是阻尼系数；其二是共轭复数极点与另一负实数根的相对位置。a. 对于阻尼系数，其影响与对二阶系统的影响相似，此处不再加以赘述；b. 对于共轭复数极点与另一负实数根的相对位置，当负实极点距虚轴较远，共轭复根距虚轴近时，三阶系统呈现二阶系统的特性；当负实极点离虚轴较近而共轭复根距虚轴较远时，三阶系统呈现一阶系统特性.4. 比较在相同阶跃扰动下不同PID参数对系统性能产生的影响比例作用是消除实测值与设定值的误差，积分作用是消除稳态误差，微分作用是减小超调量，提高系统的稳定性。但是各个作用都不能过，否则在系统的整体调节上会起到反作用，比如过大的比例作用会使系统不稳，过大的积分

6、作用会使系统增大超调量，过大的微分作用则会使系统的调节时间过长。所以说在相同的阶跃扰动下，不同组合的PID参数一般会产生不同的作用，系统的整体性能也会随之而改变。5. 比较相同PID参数条件下，阶跃扰动作用在不同位置对于系统性能产生影响在相同的PID参数下，扰动位置的不同对于系统的控制是有影响的。扰动进入系统的位置里系统反馈测量值越远则干扰的影响就越小，调节的质量随之而升高，反之则影响大，调节质量降低。6. 分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本系统的作用a. P控制：简单方便，硬件要求低，花费小，调节容易，但有稳态误差；b. PI控制：可消除稳态误差，但是由于I的引入使得系统的控制速度变

7、慢，稳定性减弱；c. PD控制：响应快，偏差小，超前控制，但和P控制一样有稳态误差；d. PID控制：综合了上述三者的各自的特点，具有响应快、超调小、无稳态误差等特点。七、 思考题1为什么对三个水箱的出水阀开度大小要求不同？ 答：主要原因在于实验系统所用的三个水箱半径不同，水箱半径由上到下逐渐增大，为了使三个水箱中的液面相对高度一致，就必须是出水阀的开度大小做出不同的限制。2改变比例度和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？ 答：改变比例度即改变系统的Kp，将对系统的稳定性、快速性、超调量等造成影响；改变TI即改变系统的Ki，将对系统的快速性造成不好的影响，但是却能够消除稳态误差。八、 实验心得通过本次实验，使我对于组态王这个软件的功能和使用有了全面的了解，也学会了使用组态王软件构建简单应用的方法。同时，对于三阶水箱的液位控制系统这种多对象的控