控制系统综合实验

综合试验报告

（2019—2019年度第1学期）

名称：限制系统综合试验

题目：水位限制系统综合试验

院系：限制及计算机工程学院

班级：______________________

学号：______________________

学生姓名：______________________

指导老师：______________________

设计周数：1周

成绩：_____________________

日期:年月日

《限制系统》综合试验

任务书

一、目的及要求

本综合试验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生

对实际限制系统的结构、系统中各环节的关系、数字限制器的应用和

限制系统的整定等建立起完整的概念。培育学生利用所学理论学问分

析、解决实际问题的实力。

1.了解单容水箱水位限制系统的实际结构及各环节之间的关系。

2.学会数字限制器组态方法。

3.驾驭限制系统整定方法，熟识工程整定的全部内容。

二、主要内容

1.熟识紧凑型过程限制系统，并将系统调整为水位限制状态。

2.对数字限制器组态。

3.求取对象动态特性。

4.计算调整器参数。

5.调整器参数整定。

6,做扰动试验，验证整定结果。

7.写出试验报告。

三、进度安排

完成时备

序号试验内容

间注

1学习Burkert.1110型数字工业限制器的功能及操1天

作

2学习了解紧凑过程限制系统的设备及元件以及试1天

验内容

3查阅资料，确定水位系统数学模型的结构和参数辨0.5天

识的方法

4查阅资料，确定水位系统P1D限制器整定方法0.5天

5作水位系统试验求取数学模型，整定PID参数，并1天

验证整定结果

6整理打印试验报告1天

四、试验成果要求

完成试验报告，试验报告包括：

1.试验目的

2.试验设备

3.试验内容，必需写出参数整定过程，并分析限制器各参数的作

用，总结出一般工程整定的步骤。

4,试验总结，此次试验的收获。

以上内容以打印报告形式提交。

五、考核方式

依据试验时的表现、及试验报告确定成果。

成果评分为通过以及不通过。

学生姓名：

指导老师:

年月日

一、综合试验的目的及要求

本综合试验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生

对实际限制系统的结构、系统中各环节的关系、数字限制器的应用和

限制系统的整定等建立起完整的概念。培育学生利用所学理论学问分

析、解决实际问题的实力。

1.了解单容水箱水位限制系统的实际结构及各环节之间的关系。

2.学会数字限制器组态方法。

3.驾驭限制系统整定方法，熟识工程整定的全部内容。

二、试验正文

1.试验设备

紧凑型过程限制系统；上位机

2.液位限制系统

2.1液位限制系统流程图，如图1

图1液位限制系统流程图

2.2液位限制系统流程

如图1所示，被控对象为水箱2,被控参数为水箱2的液

位，执行器为水泵。水泵将水箱1的液体输送到水箱2,水箱

2的液位通过水箱上方的超声波传感器测得，并将信号输入到

限制器，限制器将测量信号及给定信号比较运算后，向水泵

发出限制信号，限制水泵的转速，使液位限制在给定数值上。

2.3限制系统原理图，如图2

广义机控对象

SP、

数字控制器2#水箱-

L

------------------------超声波液位传感器|--------------------------------

图2限制系统原理图

3.使过程限制系统工作在液位限制状态

打开手动阀2#和4#,其他手动阀关闭。确认工作流程如图

1所示。

4.数字限制器组态

4.1打开限制器电源，等待约10秒钟，限制器处于正常状态。

4.2限制器组态

同时按限制器“SELECT”键和“ENTER”键持续5秒，限制

器进入组态界面，显示组态菜单。假如显示“Remote”，则说明限

制器正在由上位机限制，须通过“SELECT”键选择“Local”项并

由“ENTER”键确认,显示屏才显示主菜单的“StroMenu”项。假

如进入组态界面时，液晶屏显示主菜单的“StroMenu”项，可干

脆组态。

组态内容见表1,没有标出数值的参数可由“ENTER”键干脆

确认。

表1限制器组态清单

主菜StructureInputlControllerOutputAdd.MenuEnd

单结构输入1限制器输出附加菜单结束

Standard0一20mAKpl：ContinSeria：

标准信号类放大倍数连续信remote

型号串口

Tr：

：no

积分时间0-10VBd：9600

开方函

信号类波特率

数Td：0

型

PVh：340微分时间Par：even

显示上COh：100奇偶校验

Pdb：0.001

限操作值

死区Adr：0001

PV1：上限

口地址

-199.9C00：

C01：0

显示下工作点End

操作值

限附加菜单

下限

SPh：180结束

给定值Inv：no

上限操作器

子SP1：0反作用

菜

单给定值

下限

Al：abs

报警方

式

PV+：180

报警上

限

5.求取对象动态特性

5.1打开上位机，选择不还原系统，在Windows窗口下双击

“EzDDE”图标，即打开通信软件，并使弹出的窗口最小化。

5.2打开测量监控系统主界面，在主界面上点击“测量”按钮,

进入测量监控子界面。

5.3将自动切为手动状态，输入丫=55（执行器输出为55%）,视

察水位输出曲线。

5.4当水位趋势平稳时，加入幅度为15的阶跃值（Y=70）,视

察水位输出曲线。

5.5待水位趋势平稳后，点击“历史趋势”按钮，转至历史趋

势画面。点击“刷新”按钮显示整个过程曲线。

5.6将阶跃扰动下的上升曲线按点描绘在坐标纸上，过程曲线

见附图1,用切线法求取对象动态特性参数（『、T、K）,小

数点保留一位。

由图得出：

y（°°）=137.5mm,

y（0）=81.6mm,

T=90s,/0.01s。

6.按工程整定法，运用PI调整器，求出调整器的初设参数（Kp、

Ti）（动态特性参数法）。

1.1*0.046

Kp=21.74

Ti=3.3^0.033

7.调整器参数整定

7.1在监控画面点击“配置”（“配置”字体变亮），设置K、Tr

（即6中求出的Kp、Ti）o

7.2点击“过程”（“过程”字体变亮），设置“给定值”为90

（视察在5中得到输出水位的稳态值，设置给定值时尽量接

近这个值），将手动切为自动。

7.3待水位平稳后，加给定值扰动AS=30（保证水位在90-140mm

之间变动），现设置“给定值”为120,视察水位变更状况。

7.4视察阶跃响应曲线是否符合要求。假如不符合要求，依照

调整器各参数对调整过程的影响，变更相应的调整参数，重

复7.1—7.3内容。

7.5调整过程满意要求后，登记K、Tr,并记录曲线，求出超调

量、过渡过程时间、最大动态偏差,过程曲线见附图2,K=1.0,

Tr=5.0

过渡过程时间：Ts=t8-tl=149s

y(00)=119.8mm,

最大动态偏差：yl=130.9-119.8=11.1mm,

超调量：

8.验证

8.1给水阀门扰动试验

整定好的系统，给定值不变，投自动待系统稳定后，由“自

动”切“手动”，使执行器输出Y在现有值基础上变更10（原

为60.9,现增大10,设为70）。系统再次投自动，待调整过

程结束后，记录输出曲线，并求出衰减率中、调整时间Tso

过程曲线见附图3。

调整时间：Ts=t5—tl=92s

衰减率：y（oo）=100.2mm

yl=103.7-100.2=3.5mm,

y3=0mm

8.2随机扰动试验

整定好的系统在平衡状态下（自动），将4#手动阀关2--3

秒（由于设备有肯定的延迟，所以视察输出曲线有变更时），

再打开，视察调整系统的抗干扰实力。记录下调整曲线，并

求出衰减率〒、调整时间Ts。过程曲线见附图4。

调整时间：Ts=t7—t0=126s