北邮过程控制实验报告资料

过程控制实验报告

学院：自动化学院

专业：自动化专业

班级：2010211411

姓名：韩思宇

学号：10212006

指导老师：李忠明

实验一单容过程的数学模型建立与控制

a) 单容水箱液位数学模型

一、实验目的

1、学习实验的设备装置以及管路构成。

2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

3、了解液位容积特性，熟悉实验法建模的具体方法。

二、实验设备

1、实验设备：A1000 对象系统

(1)泵

(2)水泵调速器：工作电源24VAC，控制信号2-10VDC

(3)液位变送器：量程为0-100,输出信号4-20mA。

2、系统组成

液位容积（含水泵调速器）特性测量流程图如图1所示。

图1 系统组成图

三、实验步骤

1、QV112 全开，QV116 打开45 度左右，其余阀门关闭。

2、将LT101 连到AI0 输入端，AO0 输出端连到U101(手动输出)。

3、工艺对象上电，控制系统上电，启动U101(P101)。

4、启动组态软件，选择“单容液位PID 控制”。设定U101 控制20~30%，

等待系统稳定。液位和流量稳定在某个值。液面不能太低，否则不算稳定。

5、设定U101 控制增加2~5%，记录水位随时间的数据，到新的稳定点或接近稳定。如果阶跃太大，可能导致溢出。

6、抓图，若液位太低或者溢出，可以修改QV116 开度，重复4 和6 步。

7、将系统输出设定值置为0，关闭系统，分析数据

四、实验结果与思考

设定U101控制增加2%后，系统阶跃响应曲线图如图2所示。

图2 U101控制增加2%的阶跃响应曲线图

求解传递函数 G(S)=K/(TcS+1)参数

控制量从 30%上升到35%，液位从50%上升到79.46%。

=100s。

T

c

K=(79.3-50.4)/(35-30)=5.78。综上，可得Tc=100s，K=7。

b) 单容液位PID 控制

一、实验目的

1、了解PID控制特点，掌握PID的调节规律；通过实验学习PID参数的整定方法。

2、分别用P,PI,PD,PID控制整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。

二、实验设备

1、实验设备：A1000 对象系统

（1）水泵U102(P102)

（2）水泵调速器：工作电源24VAC，控制信号2-10VDC

（3）液位传感器：量程为0-100%,输出信号4-20mA。

2、系统组成

单容水箱液位 PID 控制流程图如图2所示。

图2 单容水箱液位PID控制流程图

三、实验步骤

1、打开手阀QV112，调节QV116开度，其余阀门关闭。

2、在控制系统上，将水箱液位LT101输出连接到AI0，电动调速器U101控制端连到AO0。

3、打开设备电源。

4、启动计算机组态软件，进入实验项目界面。启动调节器，设置各项参数。启动右边水泵U101(P101)和调速器。

5、系统稳定后可将调节器的手动控制切换到自动控制

6、设置比例参数。观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。

7、待系统稳定后，对系统加扰动信号。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，

系统有稳态误差，并记录余差大小。

8、减小P 重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

9、增大P 重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

10、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值(如设定值由50％变为60％)，同样可以得到一条过渡过程曲线。

11、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I 参数不是特别大的数。固定比例P 值为中等大小，改变PI 调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti 值时的超调量σ%。

12、固定Ti于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti 下的超调量σ%。

13、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。14、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，在把软件界面上设置Td参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。

15、选择合适的P、Ti 和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现）。

16、将系统输出设定值置为0，关闭系统。

四、实验结果与思考

1、当P=4时，加扰动后，系统响应曲线图

2、减小P，当P=3时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

3、增大P，当P=5时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

4、加入积分作用，当Ti=10时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

5、加入积分作用，当Ti=15时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

6、加入积分作用，当Ti=4.8时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

7、加入微分作用，当Td=0.1时，加扰动后系统响应曲线如图所示。

8、最终的PID参数为8、4.8、0.1。

2、控制对象为正作用。因为实验中的控制对象为V103水箱。当阀QV112开度变大，水箱入水量增加时，液位变高，因此控制对象为正作用。

实验二、垂直双容过程液位控制

a)双容液位单回路PID 控制

一、实验目的与要求

1、实验前需熟悉双容液位控制模型的特点。

2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

3、用单回路PID 控制方法，整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。

二、实验设备

1、A1000 小型过程控制实验系统：

（1）泵

（2）水泵调速器：工作电源24VAC，控制信号2-10VDC

（3）液位变送器：量程为0-100,输出信号4-20mA。

压力和液位变送器、涡轮流量计、微型潜水泵、AS3720 模块、西门子S7-200 PLC、组态王软件。

三、实验原理：

流程图如图1 所示。