过程控制实训

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摘要................................................................................................... 错误！未定义书签。Astract................................................................................................ 错误！未定义书签。第一章概论 .. (3)

1. 概述 (3)

第二章水箱液位控制系统概述 (3)

2.1水箱液位控制系统简介 (4)

2.2系统的数学模型建立 (4)

第三章水箱液位控制实验 (6)

实验一、单容自衡水箱系统对象特性的测试 (6)

1、实验原理 (6)

2、实验内容与步骤 (6)

实验二、单容水箱液位/压力PID控制系统 (7)

1、实原理验 (7)

2实验内容与步骤 (7)

3、比例积分微分调节（PID）控制 (8)

实验三、单容液位（上小水箱）PLC控制实验 (9)

1、实验原理 (9)

2、实验步骤 (10)

3 实时数据 (11)

实验四计算机控制系统 (11)

1、实验原理 (11)

2、实验步骤 (12)

3、实时数据 (13)

实验五、温度连续控制系统 (13)

1、实验原理 (13)

2、实验内容与步骤 (14)

3、实时数据 (15)

第四章多重液体混合 ................................................................... 错误！未定义书签。

1、实验目的..................................................................... 错误！未定义书签。

2、实训器材..................................................................... 错误！未定义书签。

3、采的实训方案.............................................................. 错误！未定义书签。

4、实训报告要求.............................................................. 错误！未定义书签。

5、参考程序..................................................................... 错误！未定义书签。第五章结论 ........................................................................................ 错误！未定义书签。第六章参考文献 ................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章概论

1. 概述

水箱液位控制系统一直是自动控制、化工过程等领域中非常典型的教学实验设备(如图1所示)，它除了可以用于教学实验外，还可以用于祸合非线性系统的监控和故障诊断算法的研究，因此水箱控制系统受到了众多专家学者的关注，应用此系统来对过程监测及故障诊断理论的研究。

图1 水箱液位控制系统

第二章水箱液位控制系统概述

液位是工业过程中的常见参数，具有便于直接观察、容易测量和过程时间常数一般比较小的特点。所以，以液位过程构成实验系统，可灵活地进行过程组态和实施各种不同的控制方案。

2.1水箱液位控制系统简介

2.1水箱原理框图

水箱液位控制系统组成如图2.1所示，它包含电机、水箱本体及由

AD/DA数据采集卡和普通PC机组成的控制实验平台三大部分。其原理框图如图

图2.1水箱液位控制系统组成

2.2系统的数学模型建立

为了实现有效的系统分析与控制，首先必须正确认识系统的性质。为此，人们通常借助于数学模型这一有效工具。。一般说来，建立系统的数学模型有两种方法:第一种方法为机理分析方法采用这种方法建立系统的数学模型，需要深入分析系统的运动规律，利用己知的物理定律和方程，如化学动力学定律，生物学定律，牛顿力学方程等作为建立数学模型的依据。因此，这种方法也叫做理论建模。另一种方法是实验方法或称统计建模法。下面采用理论建模的方法对单容水箱进行建模。

1、自衡单容过程的建模

过程控制课程设计

设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，得： 21Q Q dt

dh A -=,

h a Q =2(a---比例常

)

△h

a Q 22=

△h(变化值)

由上式可的传递函数：R

h

a s H s Q 12)

()(2=

= As )()(21)(s Q s Q H s -=

传递方框图:

1

)

()(+=

ARs R s Q s H 令AR=T, R=K 则 G （s ）=

1

)

()(+=

Ts K s Q s H K 为放大系数，T 为

时间常数

图（2.2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。当由实验求得图2.2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间就是。

水箱的时间常数T ，几种常用的确定K 0、时

间常数T 0

由阶跃响应曲线确定一阶环节的特性参数（需确定K 0、时间常数T 0）

0)

0()(x y y K -∞=

，T 0由直接作图法或半对

数图解法求的，但不准确。

图2.2一阶惯性环节的响应曲线

0.63h h h