单闭环流量定值控制基础系统

第二节单闭环流量定值控制系统

一.实验目日勺:

1.理解单闭环流量控制系统n勺构造构成与原理。

2.掌握单闭环流量控制系统调节器参数的।整定措施。

3.研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。

二.实验原理：

离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示,控制系统方框图如图5.3-2所示。

图5.37离心泵恒流量控制系统图

图5.3-2离心泵恒流量控制系统方框图

离心泵恒流量控制系统为单回路简朴控制系统，安装在离心泵出口管路上涡

轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转

换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC,TC将流量信号与流量给定值比较

后，按PID调节规律输出4-20砧信号，驱动电动调节阀变化调节阀日勺开度，达

到恒定离心泵出口流量H勺目H勺。囹心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。

控制参数如下：

1.控变量y：离心泵已口流量Q。

2.定值（或设定值）ys：相应于被控变量所需保持的工艺参数值

3.测量值ym：由传感器检测到日勺被控变量日勺实际值

4.操纵变量（或控制变量）：实现控制作用H勺变量，在本实验中为离心泵出口流

量。使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。电动调节阀的I

输入信号范畴：4—20mA。

5.干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。在

本实验中采用忽然变化离心泵转速的措施，变化离心泵出口压力，人为模拟

外界扰动给控制变量导致干扰。

6.偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差，e=ys-ymo

ym—离心泵出口流量值Qo

ys—离心泵出口流量设定值。

7.控制信号u：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。

离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PTD)对离心泵流量进

行控制。比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，抱

负的P1D调节规律的数学体现式为：

△〃(/)=Kp+e(i)dl+丁口

三.实验措施：

1.向V103中注入2/3以上清水

2.打开设备总电源，检查各仪表，执行器与否正常

3.打开阀门VA110或VA11LA112,A117,其他阀门关闭

4.松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝

5.将离心泵出口压力测量表(PI-03)设为手动输出且输出值为100,变频

器的频率即设为50.00Hz

6.打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线流量控制曲线”

开始记录液位变化

7.将流量测量表(FI-01)设为自动输出且SV值为4.00,P=3,1=5,D=l.5

FILE二5

8.打开立式离心泵向观测曲线变化状况，待流量稳定后，点击菜单栏中的

“曲线流量控制曲线”重新记录液位变化

9.大概10秒钟后通过如下几种方式加干扰：

（1）突增（或突减）仪表设定值H勺大小，使其有一种正（或负）阶跃增

量时变化；（此法推荐，下面措施仅供参照）。

（2）变化开立式离心泵频率

以上两种干扰均规定扰动量为控制量的5%〜15%,干扰过大也许

系统不稳定。加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，通过一段调节

时间后，液体流量稳定至新的设定值（采用（2）干扰措施仍稳定在原设

定值），记录此时的智能仪表H勺设定值、瑜出值和仪表参数，保存图像

10.分别适量变化调节仪H勺控制参数，反复环节8〜9,用计算机记录不同

参数时系统的阶跃响应曲线。

11.分别用P、PI、PID三种控制规律反复环节7〜9,用计算机记录不同控

制规律下系统H勺阶跃响应曲线。

12.关闭立式离心泵，设备电源，结束实验

13.分析流量图像，得出成果

四.实验数据:

图5.3-3单闭环流量控制曲线

第四节单闭环压力定值控制系统

一.实验目的：

1.理解单闭环压力控制系统日勺构造构成与原理。

2.掌握单闭环压力控制系统调节器参数口勺整定措施。

3.研究P、PI、PD和PID四种控制分别对压力系统的控制作用。

二.实验原理：

离心泵恒压力控制系统图如图5.4-1所示所示。

0

水箱

图5.4T离心泵恒压力控制系统图

压力设定值sv

图5.4-2信号流程图

离心泵恒压力控制系统为单回路简朴控制系统。安装在离心泵出口管路上压

力传感器PT将离心泵出口压力转换成电压信号，经放大器放大后输出至工业调

节器PC,PC将压力信号与压力给定值比较后，按PI调节规律输出4-20mA信号,

驱动变频调速器控制电机的转速，达到恒定离心泵出口压力H勺目H勺。离心泵恒压

力控制系统方框图如图5.4-2所示。

控制参数如下：

1、被控变量y：离心泵出口压力P。

2、给定值（或设定值）ys：相应于被控变量所需保持的工艺参数值，在本实

验中取300KPa。

3、测量值ym：由传感器检测到日勺被控变量日勺实际值，在本实验中为离心泵

出口压力值P。

4、操纵变量（或控制变量）：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵转

速no使用交流变频调速器作为执行器对离心泵转速进行控制。交流变频调

速器的输入信号范畴：4—20mA；输出：380V,0—50Hz。

5、干扰（或外界扰动）f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。

在本实验中采用忽然变化流量的措施，人为模拟外界扰动给控制变量导致干

扰。

6、偏差信号e被控变量的实际值与给定值之差，e=ys-ymo

ym—离心泵出口压力值P；

ys—离心泵出口压力设定值。

7.控制信号u二业调节器将偏差按一定规律计算得到日勺量。

离心泵恒压力控制系统采用比例积分控制规律（PD对离心泵出口压力进

行控制。比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律H勺组合，数学体现式为：

△〃（/）=7Cp[e（r）+—

三.实验措施：

1.向V103中注入2/3以上清水

2.打开设备总电源，检查各仪表，执行器与否正常

3.打开阀门VA110或VA111,A112,A117,其他阀门关闭

4.松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝

5.将流量测量表（FI-01）设为手动输出且输出值为25,电动调节阀『、J开

度即为25%

6.打开实验软件，进入压力曲线界面点击菜单栏中的“曲线压力控制曲线”

开始记录压力变化

7.将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为自动输出且SV值为400,P=462

1=5,D=0.3,FILE=5

8.打开立式离心泵向观测曲线变化状况，待压力稳定后，点击菜单栏中的

“曲线压力控制曲线”重新记录液位变化

9.大概10秒钟后通过如下几种方式加干扰：

（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一种正（或负）阶跃增

量H勺变化；（此法推荐，下面措施仅供参照）。

（2）变化电动调节阀H勺开度

以上两种干扰均规定扰动量为控制量日勺5%〜15%,干扰过大也许

系统不稳定。加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，通过一段调节

时间后，离心泵出口压力稳定至新的设定值（采用（2）干扰措施仍稳定

在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，保存

图像

10.分别适量变化调节仪日勺控制参数，反复环节8〜9,用计算机记录不同

参数时系统的阶跃响应