过程控制工程课程设计

综合实验报告——过控部分

班级：自动化2

学号：12051225

姓名：陈猛冲

实验目的

1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。

2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。

3、掌握使用DCS系统组态软件进行组态和设计控制系统基本过程。

4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成对象特性测试及建模。

5、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成简单控制系统的设计与分析。

6、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成复杂控制系统的设计与分析。

7、深入理解控制器参数的调整原理。

实验内容

1对象特性测试

对象特性测试包括一阶对象、二阶对象、非线性对象三部分内容。

（1）从实验装置中分别确定一阶对象、二阶对象和非线性对象；

（2）对一阶对象、二阶对象进行机理分析，建立被测试对象的机理模型

（3）调整系统处于正常工作状态附近

（4）用阶跃响应法测试系统模型，注意阶跃输入不能超过10%

（5）最后分别给出被测试对象的数学模型

2一阶对象单回路控制系统实验

（1）自行设计控制目标及方案

（2）调整系统处于正常工作状态附近

（3）分别改变比例度、积分时间（每个参数分别至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响

（4）进行单回路控制系统PID参数整定

（5）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程

3二阶对象单回路控制系统实验

（6）自行设计控制目标及方案

（7）调整系统处于正常工作状态附近

（8）分别改变比例度、积分时间（每个参数分别至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响

（9）进行单回路控制系统PID参数整定

（10）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程

4串级控制系统实验

（1）自行设计控制目标及方案

（2）调整系统处于正常工作状态附近

（3）根据单回路控制系统参数整定的经验给出副控制器参数（记录参数整定过程）

（4）进行主回路控制系统PID参数整定（记录参数整定过程）

（5）分别对主副回路加入相同量的干扰，观察控制效果并分析串级控制系统在克服干扰方面的特点，同时分析与单回路系统克服干扰的区别。

1.2 思考题：

如何控制上水箱的水位（给出设计方案）。

2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合（第2-3天）

2.1思考题：

注意：在进行以上各项组态时，要理解各项组态的含义及作用，组态时要具有目的性。答：(1)什么是DCS

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

(2)控制站和操作站在整个系统中有何作用。

现场控制站的主要功能有数据采集、DDC控制、顺序控制、信号报警、打印报表及数据通信功能。

操作员操作站功能：正常运行时的工艺监视和运行操作。工程师操作站：对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护。

(3) “组态”的含义是什么

含义是设置、配置，是指操作人员根据用户需求及控制任务的要求，使用软件工具，对计算机资源进行组合配置达到应用目的。

4.1对象特性测试

对象特性测试包括一阶对象和二阶对象两部分内容。

（1）从实验装置中分别确定一阶对象和二阶对象；

（2）对被测对象进行机理分析，建立被测试对象的机理模型

（3）调整系统处于正常工作状态附近

（4）用阶跃响应法测试系统模型，注意阶跃输入不能超过10%

（5）最后分别给出被测试对象的数学模型

一、一阶对象：

利用两点法求取一阶对象模型

响应滞后MV的时间为τ=2s

K=(y(∞)-y(0))/3%=(60%-45.3%)/3%=4.85

T=1.5*(t0.632-t0.283)=1.5*(373-167)=309

G=Ke-ts/(Ts+1)=4.85e-2s/（309s+1）

二阶对象

始态：25.5% 终态：15.5%

开环增益：K=(y(∞)-y(0))/△u=（25.5%-15.5%）/3%=3.3

T1+T2=1/2.16*(t1+t2)

T1T2/(T1+T2)2=(1.74*t1/t2-0.55)

T1=112 T2=45

τ=40s

则G=3.3e-40s/((112s+1)*(45s+1))

4.2单回路控制系统实验

（1）自行设计控制目标及方案

（2）调整系统处于正常工作状态附近

（3）分别改变比例度、积分时间（每个参数至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响

（4）进行单回路控制系统PID参数整定

（5）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程

P整定

K=100 Ti=0.5 Td=0

K=80 Ti=0.5 Td=0

K=60 Ti=0.5 Td=0

比较不同的比例控制作用下的响应可以知道，比例控制可以调整系统开环增益，提高系统的稳态精度，加快响应速度。当比例度减小时，即相当于Kp增大，瞬态响应速度加快，上升时间、调节时间均减小，且稳态误差减小；但当Kp过大时会是系统的超调量增大，时系统的稳定性降低。Kp由小变大时，系统响应的衰减比逐渐减小；系统的稳定程度降低，直至出现临界振荡；系统的最大偏差随着Kp的增大而减小，余差也随着Kp的增大而减小。即

Kp 的增加使控制精度提高，使稳定性变差。

PI

K=60 Ti=0.5 Td=0

K=60 Ti=0.1 Td=0