单回路控制系统设计试验

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实验 6：气体压力 PID 单回路控制系统的设计与整定

实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。

2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。

3）掌握压力PID控制器参数整定方法。

2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。

压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。

绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。

表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。

大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。

压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。

负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。

负压的绝对值称为真空。

真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。

压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。

工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。

工程上常用kg/cm2表示。

1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。

③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。

④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。

1 atm=760 mmHg。

许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。

压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。

生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。

2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。

实验3 串级与单回路控制系统对比实验实验报告

仲恺农业工程学院实验报告纸自动化（院、系）工业自动化专业工化 144 班组过程控制课学号06/07/30 姓名黄国盛、邓炎钊、汤敬麟实验日期教师评定串级与单回路控制系统对比实验一、实验内容某隧道窖炉系统，以烧成带温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统，见右图。

其主副对象的传递函数G o1，G o2分别为：1)1)(3s (30s 1(s)1o ++=G 22)1)(s 1(10s 1(s)++=o G 调节规律选择：单回路采用PI 控制：串级主控制器采用PI 控制；副控制器采用P 控制。

二、实验设备PC 一台、MATLAB R2015b三、实验要求1）试分别采用单回路和串级控制设计，画出控制系统原理框图。

2）进行参数整定，并给出整定后系统的阶跃响应曲线，并计算衰减率、调节时间、余差。

3）分别加一次、二次单位阶跃扰动，给出响应曲线，计算超调量。

4）填写下表，对比实验结果，说明不同控制方案对系统的影响。

表一系统采用单回路控制和串级控制的对比四、实验指导1）用Simulink仿真；2）PID控制器模块的参数分别是比例增益、积分增益、微分增益；五、实验结果和分析1、建立单回路控制系统模型：图1 单回路PI控制系统模型整定结果为：P=1.4143 ; I=0.094741; 其阶跃响应曲线如下图：图2 单回路PI控制系统阶跃响应曲线图2、建立串级控制系统模型：图3 串级控制系统模型整定结果为：主控制器P=2.1877 ，I=0.11102; 副控制器P=4.8299其阶跃响应曲线如下图:图4 串级控制系统阶跃响应曲线图单回路控制和串级控制对比：图5 单回路控制和串级控制对比图因为主环是一个反馈控制，所以串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，但由于串级控制系统在结构上多一个副回路（随动控制），所以串级控制具有其余的一些优点：1、串级控制系统具有更高的工作频率。

由于副回路的存在，改善了对象的特性，使系统的工作频率得到提高。

DCS单回路控制系统设计

DCS单回路控制系统设计DCS（分布式控制系统）是一种用于实时控制和监控工业过程的自动化系统。

它是由多个分布在整个工厂的分散控制设备组成的。

每个设备都有自己的控制功能，并可以相互通信以实现全面的过程控制。

DCS可以实现对各种设备、仪器、传感器和执行器的集中控制和监控，从而提高生产效率和产品质量。

在设计DCS单回路控制系统时，需要考虑以下几个方面：1.控制目标和需求：首先需要确定系统的控制目标，例如温度、压力、流量等。

然后根据目标确定系统所需的设备、仪器和传感器。

2.信号传输和处理：DCS系统中控制信号的传输和处理非常重要。

可以使用模拟信号或数字信号，模拟信号通常用于测量和控制，数字信号用于数据传输和处理。

3.控制策略：根据控制目标，选择合适的控制策略。

常用的控制策略包括比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制、模型预测控制等。

根据实际情况，可以选择单回路控制或多回路控制。

4.控制设备和软件：选择合适的控制设备和软件。

常用的控制设备包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS控制器等。

控制软件通常包括实时数据库、报警管理、历史数据记录和故障诊断等功能。

5.安全性和可靠性：在设计DCS单回路控制系统时，必须考虑安全性和可靠性。

例如，选择适当的传感器和执行器，确保系统安全可靠运行。

此外，应设置适当的报警和故障诊断系统，及时发现和解决潜在问题。

6.通信和网络：DCS系统中的设备通常通过网络进行通信。

因此，设计时需要选择适当的通信协议和网络架构，以确保数据的传输和处理效率。

7.人机界面：为了方便操作和监控，DCS系统需要良好的人机界面。

设计时应考虑用户的需求和操作习惯，以实现直观、简单、易用的界面。

总结来说，DCS单回路控制系统设计应考虑控制目标和需求、信号传输和处理、控制策略、控制设备和软件、安全性和可靠性、通信和网络，以及人机界面等方面。

通过合理的设计，可以实现对工业过程的高效控制和监控，提高生产效率和产品质量。

单回路控制系统实验报告

单回路控制系统实验报告一、引言单回路控制系统是一种常见的控制系统，它由传感器、执行器、控制器和被控对象组成，用于实现对被控对象的精确控制。

本实验旨在通过搭建一个简单的单回路控制系统，探究其基本原理和性能特点。

二、实验目的1.了解单回路控制系统的基本组成和工作原理；2.熟悉传感器、执行器和控制器的选择和连接方法；3.掌握控制系统的参数调节方法；4.分析和评估单回路控制系统的性能。

三、实验器材和材料1.传感器：温度传感器、压力传感器等；2.执行器：电机、液压缸等；3.控制器：PLC、单片机等；4.被控对象：温度控制系统、压力控制系统等；5.连接线、电源等实验器材。

四、实验步骤1.根据实验要求选择适合的传感器、执行器和控制器，并进行连接；2.搭建单回路控制系统，确保传感器能够正确获取被控对象的状态，并传输给控制器；3.调节控制器参数，使得执行器能够根据被控对象的状态做出相应动作；4.观察和记录被控对象的状态变化，并进行分析；5.根据实验数据评估单回路控制系统的性能。

五、实验结果与分析通过实验我们发现，在单回路控制系统中，传感器的准确性对系统的控制精度起着关键作用。

若传感器的测量误差较大，则控制器会根据错误的数据做出误判，导致执行器产生错误的动作，影响了系统的稳定性和精度。

因此，在选择传感器时应注意其测量精度和可靠性。

控制器的参数调节也对系统性能有重要影响。

通过调节控制器的比例、积分和微分参数，可以改变控制系统的响应速度和稳定性。

比例参数的增大会加快系统的响应速度，但可能引起振荡；积分参数的增大会减小系统的稳态误差，但可能导致系统的超调；微分参数的增大会提高系统的稳定性，但可能引起噪声干扰。

因此，在调节控制器参数时需要综合考虑系统的要求和特性。

六、实验总结本实验通过搭建单回路控制系统，深入理解了其基本原理和性能特点。

我们了解到传感器、执行器和控制器在控制系统中的重要作用，以及参数调节对系统性能的影响。

通过实验数据的分析和评估，我们可以进一步优化单回路控制系统，提高其控制精度和稳定性。

单回路调节实验报告

单回路调节实验报告实验背景回路调节是控制系统中的一种基本调节方法，可以通过调节系统的输入信号来实现对输出信号的控制。

单回路调节实验是一种常见的实验，通过实验可以了解调节系统的基本原理和性能指标。

实验目的本实验的主要目的是通过设计和实现一个单回路调节系统，掌握回路调节的基本方法和技巧，了解调节系统的性能指标，并进行性能指标的评价和分析。

实验设备- 电脑- 数据采集卡- 台式调节器实验原理回路调节是通过改变系统的输入信号，使系统的输出信号达到期望值。

回路调节系统一般由以下几个基本组成部分组成：1. 传感器：用于将物理量转换为电信号；2. 执行器：用于接收控制信号并将其转换为能够执行的物理动作；3. 控制器：根据输入信号和输出信号的差异，计算得到控制信号；4. 反馈环节：用于将输出信号反馈到控制器中，使其根据实际输出信号调整控制信号。

本实验中，我们将使用一个台式调节器作为被调节对象，通过改变控制器的输出信号（电压），调节台式调节器的运行速度。

实验步骤1. 将电脑与数据采集卡连接，并安装相应的驱动程序。

2. 将数据采集卡与台式调节器连接，确保连接正确并固定。

3. 打开实验软件，配置实验参数，如采样率、采样时间等。

4. 设计和实现一个适当的控制器，通过调节控制器的输出信号，使台式调节器的运行速度达到期望值。

5. 启动实验软件，开始采集数据。

6. 观察输出信号的变化，并对其进行分析和评价。

7. 根据实验结果，调整控制器的参数，进一步优化控制效果。

8. 结束实验，保存数据结果。

实验结果与分析经过多次实验和调整，我们得到了一组较好的实验结果。

在初始状态下，台式调节器的运行速度为1000转/分钟。

通过调节控制器的输出信号，我们成功将运行速度稳定在800转/分钟左右。

同时，我们也观察到，当输出信号发生波动时，运行速度也会有相应的波动。

根据实验结果，我们可以对调节系统的性能指标进行评价和分析。

常见的性能指标包括超调量、调整时间和稳态误差等。

单回路控制系统的调试

单回路控制系统
单回路控制系统的调试
1.2 调节器参数的工程整定
整定的任务：根据被控过程的特性，确定PID调节器
的比例度、积分时间 TI以及微分时间 TD 的大小。
在简单过程控制系统中，调节器的参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率 0.75 ~ 0.9为主要指标,以保证系统具有一定的稳定裕量。另外还应满足系统稳态误差、最大动态偏差（或超调量）和过渡过程时间等其它指标。
过程控制
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
单回路控制系统的调试
1.1 控制系统的投运 1.2 调节器参数的工程整定
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
单回路控制系统的调试
一旦控制系统按设计的要求连好，线路经过检查正确无误，所有仪表经过检查符合精度要求并已运行正常，即可着手进行控制系统的调试，包括控制系统的投运和调节器参数的整定。
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
3.反应曲线法（动态特性参数法）
反应曲线法是利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定，是一种开环整定方法。
单回路控制系统
有自衡能力的广义被控过程
G(s) K es Ts 1
K y / ( ymax ymin ) x / (xmax xmin )
整定的实质就是通过调整调节器的参数，使其特性与被控
对象特性相匹配，来改善系统的动态和静态特性，以达到
最佳的控制效果。理论计算整定法—— 要求已知过程的数学模型
整定方法
工程整定方法—— 一般不要求知道对象特性
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
1.临界比例度法(闭环整定）
具体步骤：
1.首先将调节器的积分时间置于最大，微分时间置零，比例度置为较大的数值

实验二单回路PID控制系统

５实验二单回路P I D 控制系统组成及过程动态特性参数对控制质量的影响一、实验目的：1．熟悉Matlab 仿真环境；2．理解单回路控制系统的组成；3．理解给定值扰动和负荷扰动的过渡过程曲线；4．掌握扰动通道、控制通道的静态参数和动态参数对控制质量的影响； 5．掌握扰动作用位置对控制质量的影响；6．掌握对象的多个时间常数之间的关系对控制质量的影响；二、实验内容：对如下图所示的单回路控制系统进行仿真。

进入仿真环境，建立如下仿真系统：例：其中，Step input 作为系统给定值；而Step1 input 作为外部干扰。

注：PID 模块后的比例环节可换为一阶环节。

具体步骤为： 1、模块在库中，模块在库中，模块在库中，模块在库中。

模块在库的中。

2、双击模块可以设定每个模块的参数，左键拖动鼠标产生连线，右键拖动鼠标可产生交接线。

PID 参数设定如下：（一）给定值扰动：设置给定值阶跃扰动Step input 为某一值，设外部干扰Step1 input 为0，改变PID 控制器的参数，从模块观察系统输出曲线，直到出现4:1衰减曲线。

（如图）①修改Step input模块：双击，对话框参数为：②修改PID模块：双击PID模块，出现如下对话框：在此窗口下修改P、I、D参数。

反复调整P、I、D参数，使输出成为4:1衰减曲线。

６７（二）负荷扰动：修改参数步骤与（一）相同，设Step input 给定值扰动为0，负荷扰动Step1 input 设置为某一值。

反复调整P 、I 、D 参数，使输出成为4:1衰减曲线。

８（三）观察扰动通道和控制通道参数对控制质量的影响：（调节器整定参数值不变）1．改变扰动通道静态参数和动态参数，观察输出波形的变化；2．改变控制通道静态参数和动态参数，观察输出波形的变化；3．改变扰动作用位置，观察输出波形的变化；９三、实验结果整理：1、总结单回路仿真系统的基本组成部分。

给定、调节器、控制器、被控对象、测量变送、输出参数2、分别在实验内容（一）、（二）所得到的仿真曲线上，标明并求出控制系统的各项性能指标。

基于过程控制的单回路系统液位实验研究

［］Ｓ７０ —０８流动式起重机型式试验细则［］５ＴＧＱ０５２０，Ｓ．
作者简介：张洪ｎ１６年一）￣（９８，男，高级工程师，长期从事特种设备检验检测工作。
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譬叠
曾■
ｅ ‘ ＝．
制方式，通过液位趋势图，总结控制规律。
关键词：过程控制；ＰＤＩ控制器：单回路：液位控制
中图分类号：Ｔ２３５文献标识码：Ａ文章编号：Ｐ７
ＨＧ－Ｋ１型过程控制实验平台是基于工业过
模拟输入模块插孔相连，以取得输入信号。从总监测台界面观察各过程控制量的设定值、当前值
［】２尹献德．浅谈架桥机安装验收检验项目的设置与要求［起重运输机械，００３：９１２２１（） —０９［］Ｓ７１－０８３ＴＧＱ０５２０，起重机械定期检验规则［】Ｓ．［］ＢＴ１９２２０，４Ｇ／７９．０８集装箱正面吊运起重机安全规程［】ｓ．
行给定值、ＰＤ各参数的设定。首先将积分常数、Ｉ
微分常数设为０，调节比例系数的大小，点击液位趋势图观察液位当前值的变化情况、及稳定后
的效果。
在取得较好的比例控制的情况下，保持比例系数不变，改变积分常数的大小，经过反复实验，
《电技术》２１年第４期机００
特种设备及检验检测
结构特点进行分析，依据起重机械的国家和行业相关法规、标准，从保证正面吊自身安全角度，

杭电过程控制实验报告

过程控制实验报告班级：组号：组员：年月日实验一、水箱液位定值控制实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、面板位图与实验电气连接图1、实验面板位图实验面板位图如图1-1，图1-2，图1-3所示图1-1、传感器执行器位图图1-2、电源面板位图2、实验电气接线图3、实验信号实物连接图图1-5、实验信号实物连接图三、实验原理图1-6、实验控制框图1-6为单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

因此当一个单回路控制系统组成好以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

四、实验内容和步骤1、系统连线（1）将系统的所有电源开关打在关的位置。

（2）按照实验电气图将系统接好2、仪表操作按照实验手册设置相应参数：主要包括Inp 33；SCL 0 ; SCH 650.03、启动实验装置4、实验内容（一）比例调节（P）控制（1）启动计算机MCGS软件，进入实验系统选择水箱液位定值控制实验（2）按下水泵1启动按钮，启动水泵1，进行实验。

（3）设定给定值30，设置P（20）参数，将I（9999）参数设置为最大值，D参数设置为0，观察屏幕上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。

PID液位控制系统(单回路反馈)

过程控制实验报告学院：学号：姓名：实验指导老师：日期：一、实验要求与简介 (3)二、控制原理 (4)三、实验设备详细介绍 (6)四．实验过程调试 (15)五．单回路控制系统 (16)六．课程总结 (16)一．实验要求与简介要求：设计液位控制系统，利用实验室过程控制设备构建单回路PID液位控制系统。

了解设备的结构框架，学习对象模型建立的方法和技术、PID参数整定技术、自动化仪表选择相关技能。

根据实验条件和系统配置确定实验过程性能指标。

综合考虑抗干扰问题、系统稳定性问题、动态性能、稳态偏差等，对实验结果进行分析。

实验目标如下：A.了解实验设备，能够根据实物画出系统框图；B.了解和掌握P909自动化仪表的应用场合和使用方法；C.熟悉PID参数整定技术，在实验中正确运用，分析参数整定的作用和效果；D.熟悉液位控制系统中各种自动化测量点、调节阀的相关技术参数；E.实现单回路液位控制，有基本的系统调节能力。

液位的自动控制在工业生产领域应用的非常普遍，就控制系统本身而言，其含有压力传感器、计算机与采集板组成的控制器、执行器（水泵）、控制对象（水箱）等。

本次实验的主要任务是了解一个完整的液位系统的组成、构成液位控制系统的各个部件的工作原理及连接方式、工业上离散控制系统的通信标准、熟悉p909仪表的操作并实现单回路液位控制，有基本的液位调节能力。

液位系统结构图：整个系统主要有水泵、电磁阀、传感器、水箱组成。

由水泵供水，电动阀调节流速（实验系统中还含有手动调节阀）通过两个入水口进入水箱，在通过一个出水口进入排水箱，之所以用两个入水口是考虑到进水会带来液位的波动从而给控制器的控制带来困难所以通过两个入口从底部进水，但虽然减少了液位波动但也造成了一些负面影响：入水管中的压强会随着液位的上升而变大，在实际成产中可能会导致事故。

安置在系统中的传感器将系统的状态（温度，水箱液位，入水管压强）通过电流形式上传给上位机，通过控制器的计算再输出电流控制执行器，如：电动阀的开度，加热器等从而达到系统的反馈控制。

单回路控制系统实验报告

单回路控制系统实验报告实验名称：单回路控制系统实验实验目的：掌握单回路控制系统的基本原理和调节方法，熟悉控制系统的建模、分析和设计过程。

实验设备：计算机、控制系统实验仪器、数据采集卡、传感器、执行器等。

实验原理：单回路控制系统是由闭环反馈控制器、过程装置和传感器组成的反馈控制系统。

其基本原理是根据反馈信号来调节输出信号，使得系统输出达到期望值或稳定在某个给定值上。

单回路控制系统可用于控制温度、压力、速度等各种物理量。

实验步骤：1. 搭建单回路控制系统：将闭环反馈控制器、过程装置和传感器按照实验要求连接起来，确保各个设备之间的信号传输正常。

2. 设定控制目标：根据实验需求，设定控制系统的目标值，如温度控制系统中的目标温度。

3. 进行系统建模：将控制系统中的各个元件抽象为数学模型，如控制器的传递函数、过程装置的传递函数等。

4. 参数调整：选择合适的控制器参数，如比例增益、积分时间和微分时间，并通过试控实验进行参数调整。

5. 进行闭环控制实验：将控制系统闭合，即将输出信号作为反馈信号输入到控制器中，通过控制器输出调节过程装置的输入信号，控制系统达到期望值或稳定在给定值上。

6. 实验数据采集与分析：利用数据采集卡采集实验过程中的各个信号数据，并进行数据分析，如误差分析、系统响应时间等。

7. 评价控制效果：根据实验数据分析结果，评价控制系统的性能，并对控制系统进行改进或优化。

实验结果：根据实验数据采集与分析结果，可以得到控制系统的性能指标，如超调量、调节时间等。

根据实验结果，评价控制系统的性能，并对控制器参数进行调整和优化，以达到更好的控制效果。

实验总结：通过本实验，掌握了单回路控制系统的基本原理和调节方法，了解了控制系统的建模、分析和设计过程。

实验中还发现了控制系统中可能存在的问题，并进行相应的改进措施。

在今后的工作中，将进一步研究和应用控制系统技术，提高控制系统的性能和稳定性。

实验2：液位单闭环控制

实验二：液位单闭环实验
实验目的：
(1) 通过实验掌握单回路控制系统的构成
(2) 构成单回路液位控制系统，并应用衰减曲线法整定PID参数
(3) 熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用调节器仪表进行PID参数的自整定和自动控制的投运。

实验仪器：
水泵、变频器、压力变送器、调节器（708型）、主回路调节阀、上水箱、中水箱、液位变送器、调节器（818型）、牛顿模块（输入、输出）
实验内容：
1）单容液位控制
调节器控制实验系统的流程图如下所示：
图1：上水箱单闭环实验（调节器控制）流程
图2：上水箱单闭环实验（调节器控制）系统框图
图3：液位单闭环实验（调节器）接线图
2）双容液位控制
图1：上中水箱单闭环实验（调节器控制）流程
图2：上中水箱单闭环实验（调节器控制）系统框图
图3：双容液位单闭环实验（调节器）接线图
实验步骤
1、将液位单闭环实验所用的设备，按系统框图接好实验线路。

2、接通总电源，各仪表电源。

3、整定参数值的计算，设过渡过程的衰减比为4：1，参数值可由下表确定：
4、按计算所得的PID参数，进行设置。

5、使水泵Ⅰ在恒压供水状态下工作。

观察计算机上液位曲线的变化。

6、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。

7、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。

8、对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于下表：
9
实验报告：
根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。

PID实验报告

PID实验报告1、实习内容及其要求通过温度或转速的设定值和反馈值，计算其偏差，并使⽤PID控制算法输出控制信号，整定PID参数，使被控的温度或转速达到设定值。

具体实训内容包括AC6611过程卡的接线和测试、数据采集程序设计、PID算法程序设计、控制输出程序设计、⼈机界⾯程序设计、PID参数整定、实训报告。

⽬的：通过实训，让学⽣了解计算机控制系统的基本组成，提出计算机控制系统的设计思路，初步学会计算机控制系统软硬件设计及调试的⽅法，具备技术实现能⼒；基本上能够处理实践过程中出现的问题并提出解决办法，进⼀步提⾼学⽣的计算机应⽤⽔平。

要求：完成⼀个温度或转速单回路控制系统的设计和调试过程。

2、AC6611多功能过程通道卡2.1 功能特点与技术指标功能：AC6611是⼀款廉价通⽤A/D、D/A板，AD⼯作在查询⽅式，采⽤PCI 总线⽀持即插即⽤、⽆需地址跳线。

AC6611具有16路单端模拟输⼊、32路开关量（16路输⼊及16路输出）、⼀路12位D/A。

AC6611采⽤⼤规模可编程门阵列设计。

A/D转换指标：A/D转换器: 120KHZ 12位A/D ADS7816；保持器：A/D芯⽚内置采样保持器；⼯作⽅式：软件查询；通道数：16路单端输⼊；输⼊阻抗：1MΩ,最⼤输⼊耐压电压：< +12V / －5.5V；瞬时输⼊耐压：-25V - +30V；双极性输⼊范围： 5V；单极性输⼊幅度：5伏、10伏；连接器：DB25（孔式）。

D/A转换指标：通道数：1路分辨率：12位精度：0.2%最⼤输出电流：5毫安。

输出零点误差：<±10mV。

输出范围：10伏、±10伏，使⽤跳线器进⾏选择。

输出建⽴时间⼩于：50微秒；连接器：DB25(孔)开关量输⼊/输出指标：输⼊通道数：16路（2个8位）输出通道数：16路（2个8位）电平：TTL电平（兼容3伏逻辑）连接器：40脚扁平电缆插座开关量输出复位后输出：低电平“0”。

单回路DCS控制系统设计

单回路DCS控制系统设计一、概述二、设计步骤1.系统需求分析：根据工业过程的特点和要求，确定单回路DCS控制系统的功能和性能需求，包括控制对象、控制变量、控制要求等。

2.系统结构设计：根据系统需求，确定单回路DCS控制系统的结构和组成部分，包括硬件设备和软件模块的选择和配置。

3.传感器和执行器的选择与布置：根据控制对象的特点和要求，选择适合的传感器和执行器，并合理布置在控制系统中。

4.控制策略设计：设计合适的控制策略，包括反馈控制、前馈控制、模糊控制等，以实现对控制对象的精确控制。

5.控制算法实现：根据控制策略设计，编写相应的控制算法，并将其实现在单回路DCS控制系统中。

6.系统仿真与调试：使用仿真软件对设计的控制系统进行仿真和调试，验证系统的性能和可靠性。

7.系统优化与改进：根据仿真和调试结果，对系统进行优化和改进，以提高系统的稳定性和响应速度。

三、控制策略与技术1.反馈控制：通过测量控制变量和目标变量之间的误差，并根据误差的大小调整控制变量，使其逼近目标变量。

常用的反馈控制策略有比例控制、积分控制和微分控制。

2.前馈控制：通过预测系统的未来状态，并提前调整控制变量，以减小系统响应时间和稳态误差。

常用的前馈控制策略有基于模型的前馈控制和自适应前馈控制。

3.模糊控制：通过模糊逻辑和模糊推理，将模糊控制规则和输入变量映射为输出变量。

模糊控制适用于非线性和模糊的系统，能够有效处理系统参数变化和外部干扰。

四、系统实施中的注意事项1.系统可靠性：在设计和选择硬件设备时，考虑设备的可靠性和稳定性，以确保系统长时间运行不发生故障。

2.数据安全：采用合适的通信协议和加密机制，保护通信和数据传输的安全性，防止信息泄露和篡改。

3.系统扩展性：在系统设计中考虑到后期的扩展需求，预留足够的接口和空间，以便对系统进行升级和扩展。

4.人机界面设计：设计直观友好的人机界面，方便操作人员对系统进行监控和调整，同时考虑到不同操作人员的使用习惯和技术水平。

单回路控制实验报告

实验三单回路控制系统组员:实验时间：2014.4.11、实验名称：液位单回路自动控制系统2、实验目的：1、通过实际构建、运行一个液位单回路控制系统，更深入理解一个工业自控系统的工作原理和投运步骤；2、掌握控制系统的调整方法—工程参数整定；三、实验设备：A3000过程控制实验装置中的二级水箱系统，PC机及工业组态软件；4、控制系统的要求：1、被控参数（液位）能保持在期望值上，并抵御一定的外部扰动，满足生产的质量与安全的要求（有报警，操作限制等）；2、一个一般的工业控制系统多是一个包含基本控制回路系统，并附加其它设备的复合系统。

五、实验内容：①通过信号连线，构建一个液位单回路控制系统；②启动计算机，运行实验软件；实验设备加电、开泵，手动操作系统达到稳定，进行手动->自动的无扰动切换；③采用工程参数整定方法，寻找满足控制要求的控制器参数（P、I、D ）；④进行测试，判断系统是否满足希望的控制质量要求─较快地实现平稳（如4~10:1的衰减过程)；⑤测试应以随动（内部扰动）和定值（外部扰动）两种情况验证。

输出值输出值LT1 02FV101先不连化，具体先向哪个方向变化取决于当时的水位高度。

理想的工作点是水箱的中间位置。

每次变化后要等到系统确实稳定后再向相反方向变化。

(3)若结果不满意应进一步试探。

将比例度P 分别改为50%、30% ，每改变一次P ，都应在设定值加干扰进行测试，观察过渡过程曲线的变化，直至到更接近4 : 1 衰减振荡过程，记下对应的P 值；(4)以该比例度为基础，将比例度P乘以1.2倍，并以P所对应的曲线振荡周期（两个波峰之间的时间）的一半时间为积分时间Ti，控制器为PI（比例+积分）作用；⑸在此PI参数下再次改变设定值，测试控制器的PI参数是否满足要求，即控制的效果和质量。

若不合适还可对PI参数再作调整，直至达到要求。

⑹若有时间，可根据前面的P，查表得到P、I、D作用，使控制器成为P+I+D的三作用控制器。

单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)

单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。

5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。

被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。

三、实验主要仪器设备和材料1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。

（一）、智能仪表控制1．按照图3-5连接实验系统。

将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。

单回路控制方案设计

单回路控制方案设计引言在工业自动化控制系统中，回路控制方案设计是非常重要的一局部。

单回路控制方案是指仅仅针对一个回路的控制方案。

本文将介绍单回路控制方案设计的要点和步骤。

设计要点在进行单回路控制方案设计时，需要考虑以下几个要点：1.回路类型：确定回路的类型，例如电气回路、液压回路、气动回路等。

2.控制对象：确定回路需要控制的对象，例如电机、液压缸、阀门等。

3.控制方式：确定回路的控制方式，例如开环控制、闭环控制。

4.控制信号：确定回路的控制信号，例如电压、电流、压力等。

5.控制策略：确定回路的控制策略，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

设计步骤进行单回路控制方案设计时，通常需要按照以下步骤进行：步骤一：系统分析和建模在设计控制方案之前，首先需要对要控制的回路进行分析和建模。

分析回路的结构和特性，并将其建模为数学模型。

数学模型可以是微分方程、差分方程、传输函数等形式。

步骤二：确定控制目标根据系统分析和建模的结果，确定回路的控制目标。

控制目标可以是稳定性、性能指标〔如超调量、调节时间〕、鲁棒性等。

步骤三：选择控制策略根据控制目标和回路的性质，选择适宜的控制策略。

常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

步骤四：设计控制器根据选择的控制策略，设计出相应的控制器。

控制器可以是PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

步骤五：仿真和优化设计完控制器后，进行仿真实验。

根据仿真结果对控制器进行优化，调节控制参数，使得回路的控制性能到达要求。

步骤六：实现和调试根据优化后的控制器参数，实现控制方案，并进行调试。

根据实际运行情况对控制方案进行调整，直到满足控制要求。

总结单回路控制方案设计是工业自动化控制系统中的重要环节。

在进行设计时，需要考虑回路类型、控制对象、控制方式、控制信号和控制策略等要点，并按照系统分析和建模、确定控制目标、选择控制策略、设计控制器、仿真和优化、实现和调试的步骤进行。

管道流量单回路控制系统设计与调试

管道流量单回路控制系统设计与调试管道流量单回路控制系统设计与调试一、控制目的总体控制方案在保证安全、可靠运行的情况下，采用现代控制理论和方法，实现计算机自动监控。

并能够完成数据存储、动态显示、数据分析、报表打印等功能。

其稳定度、控制精度、响应速度达到设计要求根据设定的管道对象和其他配置，运用计算机和InTouch组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得管道流量维持恒定或保持在一定误差范围内。

二、性能要求1．要求管道流量恒定，流量设定值SP自行给定。

2．无扰时，流量基本恒定，由控制电动调节阀实现。

3．有扰时：改变变频器频率，管道流量允许波动。

4．预期性能：响应曲线为衰减振荡；允许存在一定误差；调整时间尽可能短。

三、方案设计及控制规律的选择依据现有实验设备和装置,装置柜采用浙江大学求是公司PCT-III过程控制系统实验装置,含被控对象―水箱、管道（直径4公分）、仪表、供水设备、开关电磁阀和电动调节阀等。

. 控制台采用浙江大学求是公司PCT-III过程控制系统实验装置, 含接线端子、485总线模块、控制电源。

1．方案控制设计本设计采用单回路反馈控制。

通过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈控制规律控制电动阀的打开和闭合，如图2.1所示：图2.1流量单回路控制系统方框图2．PID控制规律PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。

它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用。

PID控制参数整定方便，结构改变灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。

随着计算机技术的迅速发展，将PID控制数字化，在计算机控制系统中实施数字PID控制，已成为一个新的发展趋势。

因此，PID控制是一种很重要、很实用的控制规律。

比例控制、积分控制和微分控制的组合称为比例加积分加微分控制。

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