工业生产过程控制实验报告

南昌大学实验报告实验一单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡及网线；6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。三、实验原理111221211Q-Q=A(2-1)12dh(2-2)1212离某一平衡状态的增量；——水箱截面积。12122hQR2式中：R——阀F1-11的阻力，称为液阻。将式(2-2)、式(2-3)经拉氏变换并消去中间变量Q，即可得到单容水箱的数2RKW（s）＝=(2-4)0Q(s)1xx0011sx0001ss1TTh(t)=K(1-e)(2-5)-t/T00h（h）K=＝x0h(T)=K(1-e)=0.632K=0.632h(∞)00(2-8)s四、实验内容与步骤图图1．画出单容水箱液位特性测试实验的结构框图。（b）是方框图截取该过程中的一段，表示单容水箱自衡达到稳定液位的过程：H(s)RK010h（h）当t—∞时，（∞）-h（0=Kx，因而有x000六、思考题1．做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？答：出水阀F1-11的开度是改变出水量Q2的，改变水箱泄水的过程。在此实验中是先将出水阀F1-11开至适当的开度。之后在单容水箱在稳定的过程中，此阀门是不能任意改变的，因为一改变就会对系统带来干扰，造成系统不稳定，响时才改变出水阀。2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？精度下降，同时还跟压力传感器的精度，阀门开度，测试软件都有关系。3．如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。答：若采用中水箱做实验，它的响应曲线要比下水箱变化到的快。度，下水箱要更长的时间。七、实验总结MCGS了解到试验参数的设定的重要性。通过对实验的知道了实验精度与传感器的灵敏度，执行器的不稳定性，系统的控制参数比例度、积分时间、微分时间及测量值的波动都可能有关，因此我们要通过分析综合因素来分析实验曲线的形成过程。同时，通过实验让自己对工业生产过程的实验系统也有了进一步的了解，收获颇多。南昌大学实验报告（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（3）将阀、F1-13（4）将电动调节阀的旁路阀F1-3或（同电磁阀）开至适当开度；以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15图44～8。S7-300PLC控制1．将挂件SA-41S7-300PLC控制挂件挂到屏上，并用MPI通讯电缆线将1．画出水箱液位串级控制系统的结构框图。2．用实验方法确定调节器的相关参数，并写出整定过程。分析：实验中上水箱作为主调节器，中水箱作为副调节器，由串级控制系统的系统为纯比例作用的情况下，副调节器的比例放大系数按经验选取为150，积分时间和微分时间都为0，并将其设置在副调节器上；然后按照单回路控制系统的30020设定了积分时间，减少了振荡，是系统更稳定。3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。但是增加微分后的系统抗干扰的能力会下降。4．分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。主调节器：P的大小与对上水箱的控制作用和对主环扰动作用的响应有着直接的作用，P越大，当上水箱即主环受到扰动时能快速消除对它的扰动；I是主调节器的积分时间常数，积分时间常数越大，对于主环的抗干扰能力就越强，调节时间也就越短，D和动态误差，但是会降低主环的抗干扰能力。副调节器：P越大对副环即中水箱的控制作用和抗干扰能力就越强，是系统达到稳定的时间越短，I是副调节器的积分时间常数，I越大，对副环的抗干扰能力就越强，调节时间也越短，副调节器可不用D控制作用。六、思考题1．试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力？影响是否仍很小，为什么？答：答：当扰动进入副回路后，首先，副被控变量检测到扰动的影响，并通细调，因此串级控制系统对进入副环扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力。如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时将很有可能发生共180益为负，形成正反馈，出现共振现象，二次扰动对主控制量的影响将会很大。2．当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进？始的设定值。3．串级控制系统投运前需要作好那些准备工作？主、副调节器的正反作用方向如副控制器为何确定？答：串级控制系统投运前需要作好那些准备工作：设定值，同时要设置好实验装置各个开关的初始状态。主、副调节器的正反作用方向的确定方式：①根据安全运行准则，选择控制阀的气开和气关类型kp2为正，反之为负③根据负反馈准则，确定副控制器正反作用。kp2为正，反之为负⑤根据负反馈准则，确定主控制器正反作用。控方式时，为保证主控制系统为负反馈，应更换为原来的的作用方式。4．为什么本实验中的副调节器为比例（）调节器？要求可不采用，所以通常选用大比例度的P控制作用。5试从理论上给予说明。v答：一定范围内，副控制器P参数增大，副回路输出最大动态偏差增大，振P参数过大会使得副控制器的输出余差增大，导致副控制器反映主控制器输出的精确性。6．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？答：原因：（1）能迅速客服进入副回路扰动；（2）改善致空气Gc2的广义对象特性，提高工作效率；（3）自适应能力加强；（4）能够更精确控制操纵变量的流量；（5）可实现更灵活的操作方式。七、实验总结在此次实验中，对串级控制系统的工作原理更加的熟悉了，了解了PID各PID系统干扰能力强，所以在主调节器中常用PID控制。南昌大学实验报告1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。二、实验设备（同前）四、实验内容与步骤4将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值。（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给S7-300PLC及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给电动调节阀上电。3．打开Step7软件，打开“S7-300”程序进行下载，然后将S7-300PLC置于运行状态，然后运行WinCC组态软件，打开“S7-300PLC控制系统”工程，然后激活WinCC入实验三的监控界面。44～9。五、实验报告要求2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。40s后系统趋于设定值100时自动阀门开度在95%左右。在135至160区间，改变阀门1-8的开度，此时将系统PID参数设定为：参数：280左右趋于稳定。在时间段330时，再设定PID参数：由图分析：增加了微分以后，从响应曲线可知，系统变得不稳定，调节时间延长，但趋于稳定以后。动态误差减小了。使得系统更加趋于设定值。3．根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。但调节时间却延长，这是因为微分具有超前的作用，可以增加系统的稳定度。4．比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。：为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零，但由于积分项的存在会使系统的调节时间增大。因此，PI控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。Kp：起放大误差的幅值，快速抵消干扰的影响，使系统上升时间降低，如果仅有比例环节，系统会存在稳态误差。Td：自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，在P而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势。这样，具有比例微了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。5．分析、、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。P：是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。PI调节中P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I调节会降低系统的稳定性。PD：由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，振荡周期变短，减小了误差，但是微分抗干扰能力差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。：常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。六、思考题1．如果采用下水箱做实验，其响应曲线与中水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。答：采用下水箱实验，其滞后时间会更短原因：因