计算机过程控制实验报告材料

1、wordword精彩文档word计算机过程控制实验报告实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验1、实验目的1熟练掌握液位测量方法；2熟练掌握调节阀流量调节特性；3获得单容水箱液位数学模型。2、实验设备 A3000高级过程控制系统实验装置、计算机、组态王软件3、实验原理水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo如此由用户通过负载阀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

2、。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展分析，如此单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示：。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FV101AO0AO04、实验步骤在现场系统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。在控制系统A3000-CS上，将下

3、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。打开A3000-CS电源，调节阀通电。打开A3000-FS电源。在A3000-FS上，启动右边水泵即P102，给下水箱V104注水。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。改变设定值，记录水位随时间的曲线。5、实验结果与分析1当P=24.00、I=3.00、D=0.00时，设定值=10.00cm，实际液位传感器值=9.87，在未达到稳定前的图形如下，由图形可以看出设定值和实际值之间存在一定的偏差，实际值比设定值要小。图2 单容水箱液位控

4、制曲线未稳定达到稳定后的图形如下所示：图3 单容水箱液位控制曲线稳定2当P=30.00、I=4.00、D=0.00时，设定值=11.00，实际液位传感器值=10.23，由图形可以看出设定值和实际值之间存在一定的偏差。 图43当P=24.00、I=6.00、D=0.00时，设定值=11.00，实际液位传感器值=10.34，由图形可以看出设定值和实际值之间存在一定的偏差。 图5分析总结：对上面的三种结果进展统计，得出如下表格：P值I值D值设定值实际液位传感器值通过比拟上面三种情况的数据可知，相对来说P值越大，误差越小，同时在增大比例控制的同时减小积分环节，可是根本实现设定值=实际值。比例控制能提高

5、系统的动态响应速度，迅速反映误差，从而减小误差，但是比例控制不能消除稳态误差，P值的加大，会引起系统的不稳定。积分控制的作用事消除稳态误差，因为只要存在误差，积分作用就会不断的积累，输出控制量以消除误差，直到偏差为零，积分作用才会停止，但是积分作用太大也会引起系统超调量加大，甚至使系统出现震荡。微分控制与偏差的变化率有关，可以减小超调量，克制震荡，使系统的稳定性提高，同时可以加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验1、实验目的获得双容水箱液位数学模型2、实验设备A3000高级过程控制系统实验装置、计算机、组态王软件3、实验原理水流入量

6、Qi由调节阀u控制，流出量Qo如此由用户通过负载阀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FV101A

7、O0AO04、实验步骤在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。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。打开A3000电源，调节阀FV101通电。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。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。改变设定值，记录水位随时间的曲线。5、实验结果与分析当P=10.00、I=40.00、D=0.00时，设

8、定值=14.00，实际液位传感器值=13.77，相对来说偏差有些大。实验结果如图2所示：图2 双容水箱液位控制曲线未稳定在达到稳定后所得出的图形如下所示： 图3当P=40.00、I=30.00、D=0.00时，设定值=10.00，实际液位传感器值=9.24，相对来说偏差有些大。实验结果如图4所示： 图4 分析总结：比照起单容水箱液位控制实验，双容水箱液位控制实验上升时间较长，而且比拟缓慢。比例控制、积分控制、微分控制分别在PID 控制器中的作用同单容水箱液位控制实验。思考问题：任何一个系统都有一个响应时间t或为延迟时间，例如一阶惯性系统时间常数t,分析一下A-3000的时间常数t。根据开环传递

9、函数求出闭环传递函数，例如开环传递函数为G(s),反响支路为H(s)如此闭环传递函数为T(S)=G(S)/(1+G(S)H(S),然后系统的阶跃相应就是Y(S)=T(S)*1/S,其中1/S是阶跃信号的拉普拉斯变换。惯性越大，当输入改变时，系统要达到稳定状态需要时间越长。所以稳定性较差。实验3 三容水箱液位数学模型的测定实验实验目的1熟悉三容水箱液位控制系统的结构与特点；2掌握三容水箱液位控制系统的投运与参数的整定的方法实验设备A3000高级过程控制系统实验装置、计算机、组态王软件实验原理水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo如此由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰

10、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。4、实验步骤在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。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

11、出端连到电动调节阀FV101控制信号端。打开A3000电源，调节阀FV101通电。在A3000-FS上，启动右边水泵，给上水箱V102注水；水箱V103、V104如此分别由上、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FV101AO0AO05、实验结果与分析三容水箱水位阶跃响应曲线，如图2、图3所示：图2三容水箱液位控制曲线图3三容水箱液位控制曲线通过上位机操作界面设置相应的PID参数进

12、展实验，实验结果如图7所示，其中红色的曲线表示下水箱液位，绿色的曲线表示调节阀的开度。实验分析：本文对三容水箱数学模型的推导是基于物料平衡和实验数据的。该方法简单，物理意义明确，但是，对实验数据的采集和分析直接影响建立的数学模型。数学模型建立的好坏将会影响最终的控制效果。从仿真和实验结果观察，该数学模型能够反映被控制对象的特性，为液位控制提供了理论依据。实验结果较为理想。实验4 串级控制实验中水箱1、实验目的熟悉串级控制系统的结构与特点；掌握串级控制系统的投运与参数的整定的方法；研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。2、实验设备A3000高级过程控制系统实验装置、计算机、

13、组态王软件3、实验方案串级试验包括液位串级控制和换热器串级控制实验。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各个回路独立调整完毕，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。而副控制器只进展P调节。副回路对V103液位进展控

14、制，这个反响比拟快，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参加局部液位干扰。主回路对V104液位进展控制，由于控制经过了V103，时间延迟比拟大。可以在V104中参加主回路干扰，要平衡这个干扰，如此需要经过流量调整，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FV101AO0AO0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。如果已经进展了V103的单容定值实验

15、，如此该步可以不做。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。然后进展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。4、控制策略使用两个PID调节，副回路调节器只比例积分控制。5、实验步骤：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。按照列表进展连线。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。在A3000-FS上，启动右边水泵P102，给中水箱V

16、103注水。首先进展副回路比例调节，获得P值。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展工作量设定。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。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。6、参考结果与分析副回路P参数设置：ADAM4000模块P=4主回路PID参数设置：P=3.5，I=100s。串级控制曲线如图4、

17、图5所示。图4图4串级控制曲线图5串级控制曲线通过上位机操作界面设置相应的PID参数进展实验，实验结果如图3所示，其中红色的曲线表示下水箱液位，绿色的曲线表示上水箱液位，黄色曲线表示给定值。实验分析：通过实验可以知道，串级控制系统副环具有快速作用，它能有效的克制二次扰动的影响，改善过程的动态特性，提高了系统抗扰动能力，具有一定的自适应能力，同时可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。但串级控制的滞后时间较长，反响缓慢。实验5 串级控制实验上水箱1、实验目的1熟悉串级控制系统的结构与特点；2掌握串级控制系统的投运与参数的整定的方法3研究阶跃揉动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响2

18、、实验设备A3000高级过程控制系统实验装置、计算机、组态王软件3、实验原理串级实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。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各个回路独立调整完毕，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

19、的实验中的PID数据。而副控制器只进展P调节。副回路对V102液位进展控制，这个反响比拟快，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参加局部液位干扰。主回路对V104液位进展控制，由于控制经过了V102，时间延迟比拟大。可以在V104中参加主回路干扰，要平衡这个干扰，如此需要经过流量调整，通过V102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FV101AO0AO0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

20、制调节阀，使得V104保持到给定值。如果已经进展了V102的单容定值实验，如此该步可以不做。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。然后进展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。4、控制策略使用两个PID调节。副回路调节器只比例积分控制。5、实验步骤1在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV204，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。按照列表进展连线。或者按如下操作：在A3000-CS上，将下水箱液位LT103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。在A3000-FS上，启动右边水泵P102，给上水箱V102注水。首先进展副回路比例调节，获得P值。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展工作量设定。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。切换到