实训项目任务书02单回路控制系统.doc

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1、所属课程《过程控制系统（2）》课时4实训项目项目三单容液位定值控制系统（Ⅲ）地点实字3号楼203实训设备THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台实验管理教师实验指导教师实训项目内容1、掌握单回路控制系统的结构图以及干扰对系统性能的影响。2、熟悉单容液位定值控制系统的结构与组成。3、观察加入PID控制器对系统静、动态性能的影响。一、单容液位定值控制系统的实验原理图1中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图2所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定

2、值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。二、实验内容与步骤本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（20%～80%），其余阀门均关闭。（一）、智能仪表控制1．将“SA-12智能调节仪控制”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS48

3、5通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给电动调节阀及智能仪表上电。3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制系统”，进入“实验三”的监控界面。4．在上位机监控界面中点击“启动仪表”。将智能仪表设置为“

4、手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值。6．按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。图2智能仪表控制“单容液位定值控制”实验接线图7．待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面三种仅供

5、参考）（2）将电动调节阀的旁路F1-4（同电磁阀）开至适当开度；（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）（4）接上变频器电源，并将变频器输出接至磁力泵，然后打开阀门F2-1、F2-4，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。8．分别适量改变调节仪的PID参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。三、调节器的控制规律及参数的整定方法（一）比例积分微分(PID)调节器PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。它的传递函数为GC(s)=KP(1++TDs

6、)＝(1++TDs)图3表示了同一对象在相同阶跃扰动下，采用不同控制规律时具有相同衰减率的响应过程。图3各种控制规律对应的响应过程（二）调节器参数的整定方法调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种：1、经验法若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。表1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器

7、的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=(～)TI计算。表1经验法整定参数系统参数δ(%)TI(min)TD(min)温度20～603～100.5～3流量40～1000.1～1压力30～700.4～3液位20～802、临界比例度法图4具有周期TS的等幅振荡这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=∞，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图4所示。根据临界比例度δk和振荡周期TS，按表2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以得到4：1衰减为目标。

8、表2临界比例度法整定调节器参数调节器参数调节器名称δTI(S)TD(S)P2δkPI2.2δkTS/1.2PID1.6δk0.5TS0.125TS临界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。首先要产生允许受控变量能承受等幅振荡