自动化仿真实验 实验报告(10学时)

实验一对象特性实验测定
班级: 分组: 姓名: 实验时间: 成绩评定:
一、实验目的
1.掌握对象静态特性的测试方法。

2.掌握对象动态特性的测试方法。

3.通过实验了解对象的非线性情况。

二、实验装置
化工过程自动化仿真实验系统。

三、实验内容
1.应用阶跃干扰法测取液位对象的静态特性。

2.应用阶跃干扰法测取液位对象的动态特性。

四、实验数据与结果（结论）
注：水槽1截面积＝0.65＋分组编号×0.05，水槽2截面积＝水槽1截面积×1.5管路1、管路2流通能力取系统默认值
放大倍数K (平均值)＝
3.对象动态特性实验数据与结果
(4)水槽1时间常数3T测定与计算:
时间常数T (平均值)＝
(5)水槽1滞后时间τ观察:
定性观察并确定水槽1的滞后时间τ与下列哪种情况相近：□滞后时间τ很小
□滞后时间τ较大，纯滞后较严重
□滞后时间τ很大，纯滞后很严重
实验二控制器参数对控制质量的影响
班级: 分组: 姓名: 实验时间: 成绩评定:
一、实验目的
1.掌握控制器参数的变化对控制质量的影响。

2.了解控制通道的对象特性对控制质量的影响。

3.了解干扰位置的变化对控制质量的影响。

二、实验装置
化工过程自动化仿真实验系统。

三、实验内容
1.改变控制器参数δ、Ti、Td，测取相应的过渡过程曲线。

2.改变控制通道长短，测取相应的过渡过程曲线。

3.改变干扰位置，测取相应的过渡过程曲线。

四、实验数据与结果（结论）
注：1.水槽1截面积＝0.25＋分组编号×0.05
2.水槽2截面积＝水槽1截面积×1.5
3.管路1、管路2流通能力设置为0.6
2.改变比例度δ时对过渡过程的影响
观察并在备注栏中记录何时出现4:1衰减振荡、何时出现何种不良过渡过程
注：为方便观察，实验过程中每次施加的扰动量为10%左右。

3.改变积分时间Ti对过渡过程的影响
注：比例度δ＝(1.2～1.5)δs ，并进行适当调整（液位对象一般取20～80%）
4.改变微分时间Td对过渡过程的影响
注：1. 比例度δ＝(0.8～1.2)δs ，并进行适当调整（液位对象一般取20～80%）
2. 积分时间Ti＝(0.8～1.2)Ts ，并进行适当调整（本实验建议取5～40秒）5.干扰位置不同时对对过渡过程的影响——观察思考，选作
6.改变控制通道长短对过渡过程的影响——观察思考，选作
实验三简单控制系统的投运和参数整定
班级: 分组: 姓名: 实验时间: 成绩评定:
一、实验目的
1.掌握简单控制系统的投运方法；
2.4:1衰减法整定控制器参数。

二、实验装置
化工过程自动化仿真实验系统。

三、实验内容
1.进行手动遥控操作练习；
2.练习控制器从手动到自动的无扰动切换；
3.进行控制器的投运操作；
4.进行控制器参数整定。

四、实验数据与结果（结论）
注：水槽截面积、管路流通能力均取系统默认值。

注：为方便观察，实验过程中每次施加的扰动量为10%左右。

4.根据下列经验公式计算出PID控制器的参数δ、Ti和Td值
比例度δ＝0.8δs＝（注：教材给出0.8，工程中有时为1.2～1.5）积分时间 Ti＝0.3Ts ＝
微分时间 Td＝0.1Ts ＝
4.根据计算结果设置控制器PID参数，观察控制过程曲线是否理想。

⑴先设置比例控制，观察控制效果：
□控制力度很弱，被控变量未经波动就已经稳定
□控制力度偏弱，被控变量未经三次波动就已经稳定
□控制力度适中，基本呈现“三次波动即安定”的态势，衰减比约为4:1 □控制力度偏强，被控变量超过三次波动才基本稳定
□控制力度很强，被控变量经过很多次波动仍不稳定
⑵增加积分控制后，观察控制效果：
□控制力度很弱，被控变量未经波动就已经稳定
□控制力度偏弱，被控变量未经三次波动就已经稳定
□控制力度适中，基本呈现“三次波动即安定”的态势，衰减比约为4:1 □控制力度偏强，被控变量超过三次波动才基本稳定
□控制力度很强，被控变量经过很多次波动仍不稳定
⑶再增加微分控制，观察控制效果：
□控制力度很弱，被控变量未经波动就已经稳定
□控制力度偏弱，被控变量未经三次波动就已经稳定
□控制力度适中，基本呈现“三次波动即安定”的态势，衰减比约为4:1 □控制力度偏强，被控变量超过三次波动才基本稳定
□控制力度很强，被控变量经过很多次波动仍不稳定
⑷对PID参数进行进一步调整，观察控制效果：
□很好，基本呈现4:1衰减振荡，过渡时间较短，超调量较小，没有余差□较好，接近4:1衰减振荡，过渡时间不太长，超调量不大，没有余差□一般，呈现衰减振荡，但振荡次数偏，过渡时间偏
超调量，余差
□较差，出现不良过渡过程，主要表现为：。

实验四串级控制系统实验
班级: 分组: 姓名: 实验时间: 成绩评定:
一、实验目的
1.熟悉串级控制系统的结构组成，掌握串级控制系统的连接方法。

2.掌握串级控制系统的投运方法。

3.掌握运用两步法整定主、副控制器参数。

4.比较在干扰作用下串级控制与简单控制质量的不同。

5.研究选用不同的副变量构成串级控制系统时，控制质量的变化。

6.研究干扰加于系统不同位置（主环和副环）时，串级控制质量的变化。

二、实验装置
化工过程自动化仿真实验系统。

三、实验内容
1.以液位L1为副变量，液位L2为主变量构成液面-液面串级控制系统，进行系统
的投运和参数整定。

2.比较上述串级控制系统和L2为被控变量构成简单控制系统时的控制质量。

3.比较分别以液位L1和流量F1为副变量，构成串级控制系统时控制质量的变化。

4.研究干扰分别加于槽1和槽2时，串级控制系统控制质量的变化。

四、实验数据与结果（结论）
1.画出“实验(1) 液位L2—液位L1串级调节系统”的方块图
注：水槽1截面积＝0.65＋分组编号×0.05，水槽2截面积＝水槽1截面积×1.5管路1、管路2流通能力取系统默认值
3.确定主、副控制器的正、反作用方向：
⑴主对象的作用方向：副对象的作用方向：
⑵执行器为气开阀，作用方向：
⑶副控制器的作用方向：
⑷主控制器的作用方向：
4.主、副控制器的投运操作记录
5.主、副控制器整定记录
⑴主、副控制器PID参数预置
注：为方便观察，实验过程中每次施加的扰动量为10%左右。

⑷由大到小改变主控制器比例度δ，测量4:1衰减振荡参数
注：为方便观察，实验过程中每次施加的扰动量为10%左右。

⑸计算主控制器T2（比例＋积分作用）的PID参数
比例度δ＝1.2δs＝
积分时间 Ti＝0.5Ts ＝
微分时间 Td＝0 ——表示切除微分作用
⑹根据计算结果设置主控制器PID参数，观察控制过程曲线是否理想。

①先设置比例控制，观察控制效果：
□控制力度很弱，被控变量未经波动就已经稳定
□控制力度偏弱，被控变量未经三次波动就已经稳定
□控制力度适中，基本呈现“三次波动即安定”的态势，衰减比约为4:1 □控制力度偏强，被控变量超过三次波动才基本稳定
□控制力度很强，被控变量经过很多次波动仍不稳定
②增加积分控制后，观察控制效果：
□控制力度很弱，被控变量未经波动就已经稳定
□控制力度偏弱，被控变量未经三次波动就已经稳定
□控制力度适中，基本呈现“三次波动即安定”的态势，衰减比约为4:1 □控制力度偏强，被控变量超过三次波动才基本稳定
□控制力度很强，被控变量经过很多次波动仍不稳定
③对PID参数进行进一步调整，观察控制效果：
□很好，基本呈现4:1衰减振荡，过渡时间较短，超调量较小，没有余差□较好，接近4:1衰减振荡，过渡时间不太长，超调量不大，没有余差
□一般，呈现衰减振荡，但振荡次数偏，过渡时间偏
超调量，余差
□较差，出现不良过渡过程，主要表现为：。

6.干扰分别加于水槽1和水槽2时串级控制系统控制质量定性观察记录
注：衡量串级系统控制质量的优劣应该以主变量的过渡过程为依据。

注：衡量串级系统控制质量的优劣应该以主变量的过渡过程为依据。

注：衡量串级系统控制质量的优劣应该以主变量的过渡过程为依据。