自动控制系统综合实验报告

综合实验报告

( 2016-- 2017年度第 1 学期)

名称：控制系统综合实验题目：水箱水位控制系统院系：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：1周

成绩：

日期：2017 年 1 月5 日

《控制系统》综合实验

任务书

一、目的与要求

本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。

1．了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系。

2．学会数字控制器组态方法。

3．掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全部内容。

二、主要内容

1．熟悉紧凑型过程控制系统，并将系统调整为水位控制状态。

2．对数字控制器组态。

3．求取对象动态特性。

4．计算调节器参数。

5．调节器参数整定。

6．做扰动实验，验证整定结果。

7．写出实验报告。

三、进度计划

四、实验成果要求

完成实验报告，实验报告包括：

1．实验目的

2．实验设备

3．实验内容，必须写出参数整定过程，并分析控制器各参数的作用，总结出一般工程整定的步骤。

4．实验总结，此次实验的收获。

以上内容以打印报告形式提交。

五、考核方式

根据实验时的表现、及实验报告确定成绩。

学生姓名：

指导教师：

2017年1月4日

一、课程设计的目的与要求

本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。

通过此次实验，学生应达到以下的基本要求：

1. 了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系。

2. 了解压力控制系统的实际结构及各环节之间的关系。

3. 学会数字控制器组态方法。

4. 掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全部内容。

二、设计正文

1、实验设备

紧凑型过程控制系统；

上位机。

2、对数字控制器组态

（1）打开控制器电源，等待约十秒钟，控制器处于正常状态。

（2）控制器组态

同时按控制器“选择”键和“确认”键持续五秒，控制器进入组态界面，显示组态菜单。如果显示“serial”，则说明控制器由上位机控制，需通过“选择”键选“local”项并由“确认”键确认，显示屏才显示主菜单的“StruMenu”项；如显示主菜单的“StruMenu”项，则可直接组态。组态内容如下表（没标数值的参数可由“确认”键直接确认）：

3、求取对象动态特性

（1）打开上位机，进入到InTouch过程控制系统测量监控界面。

（2）手动状态时，设Y=55（执行器输出55%），观察水位输出曲线。

（3）当水位趋势平稳时（可能会有小的波动），加入幅度为15的阶跃值（Y=70），观察水位输出曲线。

（4）待水位趋势平稳后，点击“历史趋势”按钮，转至历史趋势画面。点击“实时”按钮显示整个过程曲线。

（5）将阶跃扰动下的上升曲线按点描绘在坐标纸上。求取对象动态特性参数，小数点保留一位。

图一 阀门开度从55到70过程中对象的变化曲线

采用切线法求取参数，可得惯性时间T=100s,延迟时间t=6s,系统增益K=6.31。 4、计算调节器参数

根据对象的动态特性参数，由Z-N 整定公式可求得比例带δ=0.18，则Kc=5.6，积分时间Ti=5。

5、调节器参数整定

（1）在监控画面点击“配置”，设置Kc 、Ti 。 （2）点击“过程”，手动状态下设Y=60%（左右）。

（3）待水位趋势平稳后，设置“给定值”（加给定值扰动ΔS=30，使水位在90-130mm 之间变动），点击“自动”，是系统投入自动状态，观察水位变化情况。（4）观察节约响应曲线是否符合要求。经观察，曲线符合要求。Kc=8，Ti=1.3。

图二、图三 设定值扰动下系统的控制曲线（过渡时间按图中标注计算）

6、做扰动实验，验证整定结果

（1）给水阀门扰动实验

整定好系统，设定SP=100，投自动待调节结束后，点击“手动”。使执行器输出Y 在现有值基础上增加10%。系统再次投入自动状态，待调节过程结束后，记录输出曲线。

图四阀门开度扰动对控制系统的影响

经过实验，计算得到过渡时间为10s，超调量为0，衰减率90%以上

（2）随机扰动实验

整定好的系统在平衡状态下（自动），将4#手动阀关2-3秒，再打开，观察调节系统的抗干扰能力。记录曲线。

7、写出整定报告。

按图计算，其超调量为0，调节时间为20s，衰减率为90%以上，系统响应良好

三、课程设计总结或结论

P控制规律：调节作用及时，偏差一旦产生，调节器立即使被控参数朝着减小偏差的方向变化，Kc增大则控制作用增强；有差调节，Kc增大则静差减小；Kc过大会引起振荡，导致系统不稳。I控制规律：调节作用不及时，T I减小则控制作用增强；无差调节，只要偏差存在，调节器就一直调整输出直至偏差为零；积分作用使系统稳定性变差。

通过本次控制系统综合实验，了解到单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系，学会数字控制器的组态方法，并通过实际操作掌握了控制系统的整定方法。通过对控制器参数的整定，收获将理论应用于实践的机会，对过程控制过程有了更为深刻的理解。

感谢老师重点细致的讲解以及耐心温柔的态度。

四、参考文献

[1]金以慧主编.过程控制[M].北京：清华大学出版社.1993.

[2] 吴勤勤主编.控制仪表及装置[M].北京：化学工业出版社.2013.