单闭环流量定值控制系统
单闭环流量定值控制系统matlab仿真
单闭环流量定值控制系统matlab仿真什么是闭环流量定值控制系统？闭环流量定值控制系统是一种基于反馈的控制系统，用于控制流体的流量，并将其维持在预定的值。
该系统通过传感器获取流量的实际值，并与设定的目标值进行比较，然后根据误差信号来调整执行器，以使流量保持在目标值附近。
闭环流量定值控制系统常用于流量控制、液位控制和压力控制等领域。
为什么需要闭环流量定值控制系统？在许多工业流程中，保持流量在设定的目标值是非常重要的。
例如，在化工生产中，过高或过低的流量可能导致反应速率变化、产品质量下降，甚至设备损坏。
因此，需要一种控制系统来实时监测和调整流量，以确保其保持在预定值附近。
闭环流量控制系统的优势是什么？与开环控制系统相比，闭环流量定值控制系统具有以下优势：1. 提高系统的稳定性：闭环控制系统通过不断地与目标值进行比较和反馈来调整执行器，以保持流量的稳定性。
因此，即使受到干扰或系统参数变化，闭环系统仍能快速响应并修正偏差。
2. 提高系统的鲁棒性：闭环控制系统可以通过自适应算法实现对系统参数变化的自动调整，从而提高系统的鲁棒性和对干扰的适应能力。
3. 提高系统的精确度：通过对实际流量进行实时监测和不断调整，闭环系统可以更准确地控制流量，使其保持在设定的目标值附近。
闭环流量定值控制系统的设计步骤：1. 系统建模：首先，需要对流量控制系统进行建模。
根据具体的应用，可以采用传统的线性模型或更复杂的非线性模型。
2. 控制器设计：根据系统模型，设计合适的控制器。
常用的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
控制器的选择应综合考虑系统的复杂度、要求的精确度和对干扰的鲁棒性。
3. 传感器选择：选择适当的传感器来实时监测流量。
常用的传感器包括流量计、压力传感器和温度传感器等。
传感器的选择应根据流量范围、精确度、响应速度和成本等因素进行考虑。
4. 执行器选择：根据控制需求选择合适的执行器进行流量调节。
基于mcgs的单闭环流量比值控制系统的设计
标题：探究基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计在当今工业自动化控制系统中，流量控制系统是至关重要的一环。
而基于MCGS（多变量控制系统）的单闭环流量比值控制系统的设计，更是一项挑战而又高效的技术。
本文将从深度和广度探讨该主题，帮助读者更好地理解这一概念。
一、流量控制系统概述1.1 什么是流量控制系统在工业生产中，流体的流动是一个普遍存在的过程，而流量控制系统则是用来准确控制流体的流动速度、流量和压力的系统。
它可以应用在化工、石油、制药等领域，对生产过程起着至关重要的作用。
1.2 流量控制系统的主要组成部分基于MCGS的单闭环流量比值控制系统由哪些主要组成部分组成？（这里可以详细介绍各个部分的功能和作用）二、基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计2.1 MC基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计，首当其冲的就是MC （多变量控制系统）。
MC是一种先进的控制系统，它采用多个输入、多个输出（MIMO）的控制方法，相比传统的单变量控制系统（SISO），MC能够更准确地控制流量的比值。
2.2 单闭环流量比值控制系统（这里可以详细描述单闭环流量比值控制系统的特点和设计原理，以及与MC的结合）三、个人观点和理解在我看来，基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计不仅是技术创新的体现，更是工业自动化控制系统发展的必然趋势。
它将有效提高生产过程的稳定性和效率，为工业生产带来巨大的益处。
总结和回顾通过本文的探讨，我们对基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计有了更深入的了解。
从流量控制系统的概述，到MC和单闭环流量比值控制系统的设计，再到个人观点和理解，我们获得了全面、深刻和灵活的知识体系。
基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计是一项充满挑战和机遇的工作，它必将推动工业自动化控制系统向更高水平迈进。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用这一技术，为工业生产带来更大的效益。
在文章中，我尽力多次提及了指定的主题文字“基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计”，并按照知识的文章格式进行撰写，保证了文章内容的丰富和深度。
实验内容THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台
第一章实验装置说明第一节系统概述一、概述“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。
它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。
本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。
本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC 远程数据采集，DCS分布式控制，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。
学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1．传感器特性的认识和零点迁移；2．自动化仪表的初步使用；3．变频器的基本原理和初步使用；4．电动调节阀的调节特性和原理；5．测定被控对象特性的方法；6．单回路控制系统的参数整定；7．串级控制系统的参数整定；8．复杂控制回路系统的参数整定；9．控制参数对控制系统的品质指标的要求；10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。
二、系统特点●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。
●被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。
●具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。
●具有控制参数和控制方案的多样化。
通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实验项目。
单闭环反馈控制系统的基本组成
单闭环反馈控制系统是一种常见的控制系统结构，用于实现对被控对象（如物理过程或系统）的控制。
它由以下基本组成部分组成：
1.参考输入信号：参考输入信号是我们期望系统输出达到的目标值或期望值。
它是控制系统的输入信号，用来驱动系统进行控制动作。
2.传感器：传感器用于测量系统的实际输出信号，并将其转换为电信号或其他形式的可操作信号。
传感器是控制系统的反馈元件，通过提供对系统实际状态的反馈信息，用于与参考输入信号进行比较。
3.误差检测器：误差检测器比较传感器输出信号与参考输入信号，计算它们之间的误差（即误差信号）。
误差信号代表了实际输出与期望输出之间的差异。
4.控制器：控制器是决定如何调整系统行为以减小误差的关键组件。
它接收误差信号作为输入，并使用控制算法来计算控制器输出信号。
5.执行器：执行器是根据控制器输出信号来实际执行控制动作的元件。
它将控制器输出信号转化为合适的形式（如电信号、液压或机械力等）来操纵被控对象。
6.被控对象：被控对象是需要进行控制的物理过程或系统。
它可以是任何需要被调节或控制的系统，如温度控制系统、机器人臂、电动机等。
7.反馈回路：反馈回路将被控对象的输出信号通过传感器传回到误差检测器，形成闭环反馈控制系统。
反馈信号提供了系统实际输出的信息，用于修正误差并调整控制器输出，以使系统逼近期望值。
基于这些基本组成部分，单闭环反馈控制系统能够实现对被控对象的准确控制和调节，通过不断测量和校正误差，使系统能够在一定精度的范围内达到期望的状态或运行条件。
单闭环流量定值控制系统毕业设计分解
开封大学毕业论文单闭环流量定值控制系统专业：[电气自动化]班级：[2班]学生姓名：[毕士杰]指导教师：[曹红英]完成时间：2018年10月13日目录第1章实验装置介绍 (1)1.1对象系统组成 (1)1．2 对象系统主要特点 (2)第2章系统的方案设计 (3)2.1硬件设计 (5)2.2软件设计 (6)第3章组态王软件设计 (10)3.1组态王软件介绍 (10)3.2使用组态王 (11)3. 3 创建组态画面 (14)3. 4 动画连接 (18)第4章系统中的问题和解决方案 (22)4.1控制规律的确定 (22)4.2调节器参数的整定方法 (23)总结 (27)参考文献 (28)第1章实验装置介绍1.1 对象系统组成（1）过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5kw电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加热筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。
系统动力系统两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。
整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板、甚至小到每一颗紧固螺钉。
如图1-1（2）对象系统中的各类检测变送及执行装置扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；控制模块：包括电磁阀、电动调节阀各一个；三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵；1．2 对象系统主要特点（1）被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数；（2）执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器；（3）系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动；（4）一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣；（5）能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验。
单闭环流量比值控制系统实验报告
《控制工程实验》实验报告实验题目：单闭环流量比值控制系统课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期： 2019.04.25实验一一阶单容上水箱对象特性的测试一、实验目的1．了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成。
2．掌握比值系数的计算方法。
3．掌握比值控制系统的参数整定与投运方法二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1台3. CP5621专用网卡及MPI通讯线各1个三、实验原理在工业生产过程中,往往需要几种物料以一定的比例混合参加化学反应。
如果比例失调，则会导致产品质量的降低、原料的浪费，严重时还会发生事故。
这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统，均称为比值控制系统。
本实验是单闭环流量比值控制系统。
其实验系统结构图如图1所示。
该系统中有两条支路，一路是来自于电动调节阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。
要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。
图1 单闭环流量比值控制系统（a）结构图（b）方框图由图中可以看出副流量是一个闭环控制回路，当主流量不变，而副流量受到扰动时，则可通过副流量的闭合回路进行定值控制；当主流量受到扰动时，副流量按一定比例跟随主流量变化，显然，单闭环流量控制系统的总流量是不固定的。
四、比值系数的计算设流量变送器的输出电流与输入流量间成线性关系，即当流量 Q 由 0～Qmax变化时，相应变送器的输出电流为 4～20mA。
由此可知，任一瞬时主流量 Q1和副流量 Q2所对应变送器的输出电流分别为(1)(2)式中Q1max和Q2max分别为Q1和Q2最大流量值，即涡轮流量计测量上限，由于两只涡轮流量计完全相同，所以有Q1max＝Q2max。
设工艺要求Q2/Q1＝K，则式（1）、（2）可改写为：(3)(4)于是求得：(5)折算成仪表的比值系数K′为：(6)五、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。
单闭环流量比值控制系统matlab
单闭环流量比值控制系统matlab在控制系统工程中，单闭环流量比值控制系统是一种常见的控制系统结构，它可以实现对给定流量比值的精准控制。
在本文中，我们将探讨这一主题，并结合Matlab的实际应用来深入理解。
1. 单闭环流量比值控制系统概述单闭环流量比值控制系统是指在控制过程中，通过检测两个流量变量的比值，从而实现对流量比值的控制。
这种控制系统结构通常包括传感器、控制器和执行器等组成部分，它能够在一定程度上解决流量控制中的非线性和耦合问题。
2. 控制系统参数评估在设计单闭环流量比值控制系统时，需要对系统参数进行评估。
我们需要确定传感器的精度和灵敏度，以确保能够准确地检测流量比值。
控制器的参数也需要进行调整，包括比例、积分和微分参数的设定，以实现对流量比值的精准控制。
在Matlab中，可以通过仿真和参数优化的方法来进行参数评估，从而实现系统控制的优化。
3. Matlab在单闭环流量比值控制系统中的应用Matlab作为一种功能强大的工具，可以用于建立单闭环流量比值控制系统的数学模型，并进行仿真分析。
通过Matlab/Simulink工具箱，可以方便地搭建系统模型，并对控制器参数和系统结构进行优化。
Matlab还提供了丰富的数据可视化和分析工具，可以帮助工程师更直观地理解控制系统的性能，并进行系统设计与优化。
4. 个人观点和理解在实际工程应用中，单闭环流量比值控制系统具有广泛的应用价值，尤其是在化工、环保和生物工程等领域。
通过Matlab对控制系统进行建模和仿真分析，可以帮助工程师更加深入地理解系统动态特性和稳定性，从而实现系统设计的优化。
在实际工程中，需要综合考虑系统的稳定性、鲁棒性和实时性等因素，进一步优化单闭环流量比值控制系统的性能和可靠性。
总结回顾通过本文对单闭环流量比值控制系统的深入探讨，我们更深入地理解了控制系统工程中的关键概念和方法。
Matlab作为一种功能强大的工具，为工程师提供了便利的系统设计与优化评台，可以帮助实现对单闭环流量比值控制系统的高效建模和仿真分析。
基于组态软件的单闭环也为流量控制系统
过程控制系统课程设计题目: 基于组态软件的液位—流量串级控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动化1105学生姓名：金星宇学号：201123910807指导教师：马利设计地点： 31520 设计时间：工业过程控制课程设计任务书之目录1引言 (1)2 系统结构设计 (1)2.1控制方案 (1)2.2 控制规律 (2)3 过程控制仪表的选择 (2)3.1 液位传感器 (2)3.2 电磁流量传感器电磁流量转换器 (3)3.3 电动调节阀 (3)3.4 变频器 (4)3.5 水泵 (5)3.6 模拟量采集模块 (5)3.7 模拟量输出模块 (6)3.8 通信转换模块 (6)4 系统组态设计 (6)4.1 系统工艺流程图 (6)4.2 组态画面 (7)4.3 数据字典 (8)4.4 PID控制算法 (9)设计心得 (11)参考文献 (13)附录A 系统脚本程序 (14)1引言制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程的自动化。
过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等组成。
在工业过程控制系统中，单回路控制系统约占一半以上，但是单回路控制系统适用于控制要求不高的场合。
对于某些控制要求比较高的场合，单回路控制系统却远远不能满足控制要求，因此就提出了串级控制系统。
串级控制系统是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。
与单回路控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一个副回路，对进入副回路的扰动有很强的抑制作用；同时由于副回路的存在，改善了系统的动态性能，提高了系统的工作频率，并且使系统具有一定的自适应能力。
组态软件是应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。
组态软件提供了监控层的软件平台和开发环境，通过灵活的组态方式，可以快速构建工业自动控制系统监控功能。
过程控制实验解析
第一节 单容水箱特性的测试一、实验目的1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。
二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只 三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时Q 10-Q 20=0 （1）动态时，则有Q 1-Q 2=dtdV（2） 式中V 为水箱的贮水容积，dt dV为水贮存量的变化率，它与H 的关系为Adh dV ，即dtdV = A dt dh（3） A 为水箱的底面积。
把式（3）代入式（2）得Q 1-Q 2=A dtdh（4）基于Q 2=SR h，R S 为阀V2的液阻，则上式可改写为 Q1-S R h = A dtdh 即AR Sdtdh+h=KQ 1 或写作)()(1s Q s H =1+TS K（5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。
式（5）就是单容水箱的传递函数。
若令Q 1（S ）=SR 0，R 0=常数，则式（5）可改为H （S ）=T S TK 1/+×S R 0=K S R 0-TS KR 10+对上式取拉氏反变换得h(t)=KR 0(1-e -t/T ) （6） 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T 时，则有h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞)式（6）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%图2-2 单容水箱的单调上升指数曲线所对应的时间，就是水箱的时间常数T 。
实验6 单闭环比值控制系统0198916页PPT文档
• F1是通过变频器调整水泵转速而改变，F2的大小则通过电动/气动调 节阀的开度来调节，两管道中的水流分别由电磁泵P101和P102输送 并维持其循环
过程控制工程实验
实验六 单闭环比值控制系统
比值控制的意义
• 比值控制主要目的：保证两路或多路流体计量关系的比值。在生产中， 这种比例关系可能直接影响到产品的产量、质量，生产的能耗与安全； 在化学反应过程的进料比或加热比、燃烧过程的燃-空比、蒸馏过程 多组分的进料或采出的进料比与采出比等，常采用比值控制方案
• 生产中物料的配比关系，是指其质量比或摩尔比。但因质量和浓度参 数不易在线测量，所以当物料的密度、温度、压力基本恒定或变化不 大、配比要求不太严格时，多使用物料的体积比来表示其配比关系
• 在实践中，多针对流量的体积比实现比值控制。在下面的实验中，只 是需要做到保证两路流量的体积比一定
• 在多路流体中，总有一路为主要参照量（主动量），其他的则要求与 它保持一定的比例关系（从动量）
• 1#控制器始终保持手动，其输出信号连接至变频器U101的输入端
• 流量F2变送器FT102输出接在2#控制器的输入端（PV），其输出信 号接到控制阀FV101的输入端
实验步骤
1. 通过连线，取来自现场流量仪表的信号，并把控制作用信号送到现 场的执行仪表，构建单闭环比值控制系统；
2. 检查管路阀门，打开进入下水槽的管线手阀QV105、QV106，关闭 进入中水箱的管线手阀QV107、QV108。注意提高V103出口闸板 QV116在3cm以上，确保V103的积制实验方案
水箱液位串级控制系统讲解
长沙学院CHANGSHA UNIVERSITY专业训练与创新实习报告过程控制系统实习系部：电子信息与电气工程系专业年级班级：11 电气 3 班学生姓名：学号：指导教师：成绩评定：（指导教师填写）2014年11 月实验目录实验一单闭环流量定值控制系统实验二单容液位定值控制系统实验三水箱液位串级控制系统实验一单闭环流量定值控制系统一、实验目的1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
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．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备实验对象及控制屏、各类电路挂件、计算机一台、万用表一个、导线若干；三、实验原理图4-1 单闭环流量定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图4-1所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
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控制，并且在实验中PI 参数设置要比较大。
四、实验内容图4-2 智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。
五、实验数据曲线图4-3 单闭环流量定值控制曲线图六、实验总结单闭环流量定值控制的数据曲线中，流量设定值SV=10.0r/min，比例系数P=60，积分时间I=20，先是等幅振荡，外加一个干扰信号，数据曲线经过智能调节仪的调节后，渐渐接近稳定。
过程控制实训
过程控制实训报告班级：_____________ 电子A1532班 _________姓名：_________________ 万懿锋_____________学号：37 ___________________指导教师：_______________ 曾伟______________扌报告成绩：_______________________________平时成绩：__________________________________操作成绩：__________________________________教师评语：_________________________________________________电子工程学院二零一八年十一月目录实训一三容水箱液位定值控制系统 (1)实训二下水箱液位与进水流量串级控制系统 (3)实训三盘管出水口温度滞后控制系统 (5)实训四盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统. (7)实训五盘管出口与锅炉内胆的水温串级控制系统. (9)实训六单闭环流量定值控制系统 (11)实训报告院（系）：电子工程学院 课程名称：过程控制实训日期：2018.11.19班级 A1532 组 号学号37 电子信息实验楼405专业 自动化姓名万懿锋实训 名称实训一三容水箱液位控制1 •了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。
2 •掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。
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 .分析P 、PI 、PD PID 四种控制方式对本实训系统的作用。
5 •综合分析五种控制方案的实训效果。
本实训系统结构图和方框图如图1-1所示。
本实训以上、中、下三只水箱串联作被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。
由第二章双容特性测试实训可 推知，三容实训 仪器 材料1. 实训对象及控制屏、 SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计 算机一台（DCS 需两台计算机）、万用表一个：2. SA-12挂件一个、3. SA-21挂件一个、4. SA-31挂件一个、 换器两个，网线四根：5. SA-41 挂件一个、6. SA-42挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-22挂件一个、SA-23挂件一个；SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交 CP5611专用网卡及网线；实训 目的 要求实 训 原 理1-1三容液位定值控制系统（a ）结构图（b ）方框图上水坊电目闯韦阀 Fl- I■"- _______ _____一 ------------ --------------图 * FIT"'下样"嘛I对象是一个三阶系统，可用三个惯性环节来描述。
实验三 单闭环流量定值控制系统
实验三单闭环流量定值控制系统一、实验目的1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
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．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）三、实验原理图3-27 单闭环流量定值控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-27 所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
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 控制，并且在实验中PI 参数设置要比较大。
四、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11 全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控67制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。
图3-28 智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图五、实验报告要求1．画出单闭环流量定值控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
六、思考题1．如果采用变频器支路做实验，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？并分析差异的原因。
2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3．在本实验中为什么采用PI 控制规律，而不用纯P控制规律？。
单闭环流量比值控制系统设计
摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景 (1)2比值控制系统概述 (2)2.1 比值控制系统定义 (2)2.2 比值控制原理 (2)2.3 比值控制系统特点 (2)2.4 比值控制系统的类型 (3)2.4.1 开环比值控制系统 (3)2.4.2 单闭环比值控制系统 (4)3单闭环流量比值控制系统方案设计 (7)3.1 系统方案设计 (7)3.2 系统硬件设计 (7)4上位机组态与程序设计 (10)4.1 组态软件WinCC (10)4.1.1 WinCC简介 (10)4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)4.2 上位机组态设计 (11)4.3 PLC程序设计 (12)5 PID参数整定及系统调试 (17)5.1 PID控制器 (17)5.1.1 PID控制器的优点 (18)5.1.2 控制规律的选择 (18)5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (19)5.2.1 比例控制对控制性能的影响 (19)5.2.2 积分控制对控制性能的影响 (20)5.2.3 微分控制对控制性能的影响 (22)5.3 控制系统的整定 (23)5.3.1 控制系统整定的基本要求 (23)5.3.2 调节器参数的整定方法 (23)5.4 调节器参数的整定及调试 (25)总结 (28)参考文献 (29)1设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
单闭环流量PID控制概要
成绩评定表课程设计任务书摘要在工业实际生产中，流量是过程控制系统的重要被控量，在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。
在工业生产过程自动化中，常常需要对某些流入设备和容器的液体进行测量和控制。
通过流量的检测与控制，以便调节输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。
通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器流量，保证产品的质量和数量。
如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对流量控制的不合理，导致原料的浪费﹑产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的流量控制系统在工业生产中有着重要的实际意义。
本文提出一种对液体流量进行实时的精确控制的设计方案。
该方案以PLC 控制为基础,由上位机、PLC。
触摸屏、靶式流量计、电动调节阀组成。
同时简要介绍了PID调节的工作原理，详细论述了调节器PID 参数的整定，对于PID单回路调节器在工业中的应用具有很重要的现实意义。
它不仅适用于流量控制,在改变动作设备后同样适用于对温度、液位、速度、高度等模拟量的控制。
关键词：PLC；PID调节器；流量控制系统；参数整定目录1 设计目的与要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计要求 (1)2 系统结构设计 (2)2.1 控制方案 (2)2.2 系统结构 (2)2.3 实验内容与步骤 (3)3 实验系统组成 (4)3.1系统简介 (4)3.2系统组成 (5)3.3 PLC介绍 (6)4 软件介绍 (7)4.1 STEP 7简介 (7)4.2 STEP 7的安装 (7)4.3 STEP 7的硬件配置和程序结构 (8)4.4 WINCC 概述 (8)4.5 WINCC的安装 (9)4.6 WINCC的通讯连接和画面组态方法 (9)5 PID作用与整定 (10)5.1 PID调节作用 (10)5.1.1 比例作用(P) (10)5.1.2积分作用(I) (10)5.1.3 微分作用(D) (11)5.2控制器PID参数的整定 (11)5.2.1经验法 (11)5.2.2临界比例度法 (12)5.3 实验结果 (14)总结 (16)参考文献 (17)1 设计目的与要求1.1 设计目的通过某种组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。
单闭环流量比值控制系统设计
摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景 (1)2比值控制系统概述 (5)2.1 比值控制系统定义 (5)2.2 比值控制原理 (5)2.3 比值控制系统特点 (5)2.4 比值控制系统的类型 (6)2.4.1 开环比值控制系统 (6)2.4.2 单闭环比值控制系统 (7)3单闭环流量比值控制系统方案设计 (10)3.1 系统方案设计 (10)3.2 系统硬件设计 (10)4上位机组态与程序设计 (13)4.1 组态软件WinCC (10)4.1.1 WinCC简介 (10)4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)4.2 上位机组态设计 (11)4.3 PLC程序设计 (12)5 PID参数整定及系统调试 (20)5.1 PID控制器 (20)5.1.1 PID控制器的优点 (21)5.1.2 控制规律的选择 (21)5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (22)5.2.1 比例控制对控制性能的影响 (19)5.2.2 积分控制对控制性能的影响 (20)5.2.3 微分控制对控制性能的影响 (22)5.3 控制系统的整定 (23)5.3.1 控制系统整定的基本要求 (23)5.3.2 调节器参数的整定方法 (23)5.4 调节器参数的整定及调试 (28)总结 (31)参考文献 (32)1设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
仪表控制图例
图1.1 单回路控制系统方框图图1.2 双容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.3 三容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.4 锅炉夹套水温定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图1.5 单闭环流量定值控制系统图1.6 锅炉内胆温度位式控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数； C2-副参数；f1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。
图2.2 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.3 三闭环液位控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.4 锅炉夹套与内胆温度串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.5 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.6 盘管出口水温与锅炉内胆水温串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.7 盘管出口水温与热水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图图2.8 下水箱液位与进水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图(a)(b)图3.1 （1）管式加热炉温度流量串级控制系统（燃油流量Q为副参数）(a)方框图 (b) 结构图D1:原料油流量,初始温度表，D2:燃油压力(流量)，D3:喷油蒸汽压力,配风,炉膛漏风,环境温度.燃油成分等（2）管式加热炉温度压力串级控制系统（燃料压力为副参数）（3）管式加热炉温度串级控制系统（炉膛温度T1为副参数）图3.2 加热炉三变量控制系统图3.3 脱硫加热器流量比值控制系统图3.4 换热器温度串级控制系统(a)出口温度-加热蒸汽流量串级控制(b) 出口温度-加热蒸汽压力串级控制图3.5 换热器温度前馈-比值控制系统图3.6 反应器温度串级控制系统。
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第二节单闭环流量定值控制系统
一．实验目的：
1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
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5.3-1 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单控制系统，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—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。
离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：离心泵出口流量Q。
2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值
3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值
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。
电动调节阀的输入信号范围：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
本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。
ym---离心泵出口流量值Q 。
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(PID)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，理想的PID 调节规律的数学表达式为：
01()()()()t
P D I de t u t K e t e t dt T T dt ⎡⎤∆=++⎢⎥⎣
⎦⎰ 三．实验方法：
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，执行器是否正常
3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭
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，I=5，D=1.5 FILE=5
8．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，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．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增
量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。
（2）改变开立式离心泵频率
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能
系统不稳定。
加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，经过一段调节
时间后，液体流量稳定至新的设定值（采用（2）干扰方法仍稳定在原设
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．分别适量改变调节仪的控制参数，重复步骤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三种控制规律重复步骤7～9，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
12．关闭立式离心泵，设备电源，结束实验
13．分析流量图像，得出结果
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．了解单闭环压力控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环压力控制系统调节器参数的整定方法。
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。
图5.4-1 离心泵恒压力控制系统图
图5.4-2 信号流程图
离心泵恒压力控制系统为单回路简单控制系统。
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的目的。
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：对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：由传感器检测到的被控变量的实际值，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n 。
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围：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。
在本实验中采用突然改变流量的方法，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6、 偏差信号e 被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。
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 工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒压力控制系统采用比例积分控制规律(PI)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的组合，数学表达式为：
01()[()()]t P I
u t K e t e t dt T ∆=+⎰
三．实验方法：
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，执行器是否正常
3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭
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，电动调节阀的开度即为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 I=5，D=0.3，FILE=5
8．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，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．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增
量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。
（2）改变电动调节阀的开度
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能系统不稳定。
加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，经过一段调节
时间后，离心泵出口压力稳定至新的设定值（采用（2）干扰方法仍稳定
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．分别适量改变调节仪的控制参数，重复步骤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三种控制规律重复步骤7～9，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
12．关闭立式离心泵，设备电源，结束实验
13．分析流量图像，得出结果
四．实验数据：
图5.4-3单闭环压力控制曲线
图5.4-3单闭环压力控制曲线。