中南大学过程控制实验报告(温度流量控制)

过程控制仪表

实验报告

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实验组数：第4组

实验项目：温度流量控制

实验时间：2015.12.15

实验一电子式电动执行器的特性及性能实验

一、实验目的

1．了解控制系统的全貌，建立一个感性认识。

2．加深了解“电子式电动执行器”的结构原理和使用方法。

3．通过对电动执行器的测试和校验，掌握执行器的校验方法，理解其相关特性及性能指标含义。

二、实验原理

电子式电动执行器是由执行机构、调节机构（调节阀）和伺服放大器三部分组成。如图１.１所示。

图1.1 电动执行器的原理框图

其中来自调节器的电流Ｉi作为伺服放大器的输人信号，与位置反馈信号Ｉf进行比较，其差值经伺服放大后控制两相伺服电动机正转或反转，再经减速器减速后，改变输出轴即调节阀的开度。与此同时，输出轴的位移又经位置发送器转换成电流信号Ｉf 。当Ｉf与Ii相等时，两相电动机停止转动，这时调节阀的开度就稳定在与调节器输出信号Ｉi成比例的位置上，因此，通常可以把电动执行机构看作一个比例环节。

在过程控制系统中，电子式电动调节阀它接收调节器输出的4~20mA的直流控制信号，并转换成角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流人或流出被控过程的物料或流量，从而实现对生产过程中各种变量的控制。

三、实验装置

1．利用控制系统中的主控仪表屏及电动执行机构。

2．利用仪表屏上的调节器（手动操作）、无纸无笔记录仪和接线板（连接线若干）。

3．电源、气源或水源。

四、实验内容

1．了解控制系统的全貌。

2．利用调节器手动操作调节输出一个电流信号，改变调节阀输出开度来控制气量或水流量。

3．改变给定电流的大小，观察执行器阀门的角位移，及被控对象的变化。

4．测试出执行机构的动作范围、动作时间及动作步长和执行器机构的全行程的动作步数N等各项性能指标。

5．测试执行器流量（液位、压力）特性。执行器流量（液位、压力）特性是指在阀前后压力差不变的情况下，介质流过阀门的相对流量（液位、压力）与阀芯行程的对应关系。测试方法是分别记录阀体在不同开度时流量（液位、压力）计的流量（液位、压力）。

五、实验步骤

1．在接线板上按实验内容要求接线并互相检查。

2．启动电源、水源或气源。

3．先将手操器调到输出为0，然后将输出阀门开度增加0.1%, 观察执行机构是否动作, 否继续增加输出0.1%, 直到执行机构动作为止, 记录下动作时的输出电流百分比数, 则此数值为执行机构的动作步长d=（0.7 ）（即d=I i-I0）。用此方法调节手操器输出阀门开度从0%增加到100%,，即输出电流从4~20mA, 记录下执行机构动作全行程的总步数Ｎ=（152 ）。

4．将手操器调到最小，输出为4mA (阀门开度0%)，观察执行阀门的位置，调到最大，输出为20mA(阀门开度100%)，观察执行阀门的位置。使阀门开度从0~100%变化，按秒表计时，并记录下执行机构的全行程动作所需时间T=（19.2s ）。

5．打开分阀门，调节手操器，再观察执行机构阀门及被控对象的情况。测试执行器流量特性。测试方法是分别记录阀体在不同开度时流量计的流量。分别取阀体的开度为5%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45％、50％、55％、60％、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%相对应的流量，然后绘制开度一流量关系曲线，即可得到执行器的流量特性。完成1.1实验表格。

表1.1调节阀的特性测试数据记录

六、数据记录

①电动执行机构的动作步长d= 0.7% ；

②电动执行机构动作全行程的总步数N= 152 ；

③电动执行机构的全行程动作所需时间T= 19.2s ；

④电动执行机构阀门与被控对象的工作死区下限：25% ，上限：48% ；

⑤电动执行机构阀门对被控对象的有效工作区[ 25%, 48% ] ；

⑥画出控制对象特性曲线图。

y/(l/h)

x/%

七、实验总结

1．本次实验测量步长时，由于仪器声音太小，测量时不容易辨别仪器是否工作，增加了测试难度和实验误差。因此在实验时，我们三个组员进行了分工合作，一人手动调整阀位开度，一人记录数据，专门有一人来专心听仪器的声音。

2．第一次初步测量时，发现电动执行机构阀门对被控对象的有效工作区间非常小，从而导致测试误差较大。解决办法：在工作区间内取更多组数据进行测量，使控制对象特性曲线更精准。

通过这次实验，我知道了电子式电动执行器和温度-流量控制系统的工作原理及控制方法。虽然开始由于对仪器的不熟练，导致摸索了许久才学会正确测试电动执行机构阀门对被控对象的有效工作区，准确地绘制控制对象特性曲线，但是正因为如此，才使我对这次的实验有了更加深入的了解。

实验二PID智能调节器的参数整定

一、实验目的

1．了解调节器的结构、工作原理。

2．掌握调节器的使用及性能。

3．对调节器的参数进行整定。

二、实验原理

PID智能调节仪集成了最新人工思维控制方法，具有控制响应速度快、超调小、稳定性好等优点，控制精度大大优于普通的PIO或模糊式调节仪。可适应多种高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳控制参数。采用多种抗干扰措施，使可靠性进一步提高。

可随意改要仪表的输人信号类型。采用最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。可分别带有一路控制输出及一路变送输出，适用干各种测量控制场合。

集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量值及控制目标值（或输出量）进行数字量显示，并同时对测量值及控制目标值（或输出量）进行相对模拟量显示，显示方式为数码显示，使测量值显示更为清晰直观。其特点是使用方便，操作简单，性能价格比高。采用输入隔离技术，数字调零，调幅技术，大大提高了仪表的抗干扰性能，从而广泛适用于化工、轻工、冶金、陶瓷、热处理行业的流量，温度、压力、液位等自动调节系统。对调节器的参数进行整定是为今后系统调节打下基础。