过程控制系统实验报告汇总

过程控制系统实验报告

姓名：

指导教师：

南京理工大学2015年5月

实验二传感器、执行器实验

一、实验目的

了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。

二、实验要求

编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及模拟量的输出。

三、实验步骤

1、液位传感器的测试

在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压，并在计算机内将电压转换成对应的高度。将测量数据填入下表。

因为我们使用的实验仪器测高计有明显的机械误差，通过实际0mm时测

量高度为192mm，表测电压为-2.4V。所以实际相对误差应是消除高度计所造

成的机械误差之后的值，一并在表中列出了。

2、温度传感器的测试

用温度计测量出水温，同时利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口测

出温度传感器的输出电压，并在计算机内将其转换成相应的温度。将测量数据填入下表。

3、比例阀的控制

通过USB-4711A板卡的D/A口输出控制电压，比较机内控制电压与实际输出电压，并将结果填入下表。

四、思考题

1、用传感器测量过程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么

方法进行修正？

答：在测量过程变量时大量被测量是随时间变化的动态信号，传感器的输入与输出信号是一个时间函数，随着输入信号变化，实际传感器输出与输入不具有相同时间函数，将会产生系统误差和随机误差。

对于系统误差，可以采用差动法补偿来修正，随机误差可以采用统计学中的方法如算数平均或求标准偏差。

在静态时，Q

i =Q O，=0，当Q

i

变化时，h、Q

O

也将发生变化，实验三系统动态特性的测试

一、实验目的

学习单容对象动态特性的实验测定方法。

二、实验要求

通过实验的方法建立液位对象的过程数学模型。

三、实验步骤

利用液位对象的液位与输出流量的关系建立其模型

⑴测试系统结构如图3-1所示。

图3-1利用液位—输出流量关系建立模型的实验原理图

⑵原理

对于液位系统，根据动态物料平衡关系有

∆Q i-∆Q O=A d∆h

dt

式3-1

式中：Q

i

—输入流量；

h—液位高度；Q O—输出流量；A—水箱截面积；

∆Q i、∆Q O、∆h分别为偏离某一平衡状态Q i0、Q O0、h0的增量。

d∆h

dt

由流体力学可知，流体在紊流情况下，h与流量之间为非线性关系，为简化

的流量值，填入下表。根据式 3-3 求对象的数学模型。 其中水箱的截面积 A = 190mm ⨯175mm 。

=

起见，作线性化处理。近似认为 Q O 与 h 在工作点附近成正比，而与出水阀

的阻力 R 2 （称为液阻）成反比，即

∆Q O =

∆h R 2

或

R 2 =

∆h ∆Q 0

式 3-2

由式 3-1、式-2，消去中间变量 Q O ，再求拉氏变换得： 单容液位过程的传递函数为：

W (S ) = ∆H (S ) ∆Q i (S )

= R 2

R 2 AS + 1

= K

TS + 1

式 3-3

⑶ 关闭出水阀，向水箱内注水至 260mm 左右，将出水阀旋开至适当 位置（整个测量

过程中保持出水阀开度不变），测量给定液位

高度所对应

W (S ) =

R 2 R 2 AS

+ 1

=

473 473

473AS + 1 （1.51e 7）S + 1

四、思考题

答：①被控对象有较大的时间常数，导致变化过程较慢；

②单容水箱是一阶系统响应，被控变量的变化比较缓慢；

③被控对象具有传输延迟；

④被控对象不具有非线性，自平衡能力差。

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实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定

一、实验目的

掌握过程计算机控制系统的单回路控制方式。

二、实验要求

设计单容水箱的液位单回路控制系统，实现液位的定值控制，并对系统进行参数整定。

三、实验内容

1、按照图4-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造液位单回路

控制系统。

图4-1液位单回路控制系统原理图

2、画出液位单回路控制系统方框图。

3、根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期

T S 。

的控制效果，最终确定较为满意的调节器参数。

4、 运用经验法确定数字调节器的参数。

根据经验公式，选择调节器参数 K C 、 T I 和 T D 值。观察不同参数情况下

四、思考题

1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？为了提高控制效

果，你在控制算法上还采取了哪些措施？

答：实验中，开始程序一直记录数据有问题，后来和同学帮助下，原来是fprintf设定不对。最后的实验中，测流量总是开始就达到最大，然后慢慢向下降落，怎么也搞不懂，在老师的指点下终于解决了问题，完成了实验。

采用了多次实验取较好数据的方法，消除了偶然误差的影响。本来还采用了微分算法，用了之后才知道不好，又去掉了。

实验五流量单回路控制系统的设计及参数整定

一、实验目的

掌握过程计算机控制系统的一般设计方法。

二、实验要求

根据流量对象的特点，设计流量定值控制系统，并对系统进行参数整定，使系统具有较好的动、静态性能指标和抗干扰能力。

三、实验步骤

1、按照图5-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造流量单回路

控制系统。