实验一 简单控制系统设计性实验

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时间:2017-11-09

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1、实验一简单控制系统设计性实验设计内容:n依据过程控制实验室:A3000过程控制装置n进行液位控制系统设计实验。包括:1、了解A3000过程控制装置,构成简单控制系统如液位控制系统(画出控制流程图,方框图)。掌握工艺流程,思考如何运行到工艺稳定点?2、采用阶跃反应曲线法进行液位对象动态特性的测试、获得动态数学模型,据此获得PID控制器参数值的初始值。3、MATLAB仿真:PID控制器+动态数学模型,仿真测试PID控制器参数值,获得PID控制器最佳参数值4、液位控制系统的投运、参数整定5、参数整定结果的对比分析6、液位控制系统的抗干扰实验n相关知识点内容的复习n进行分组:三大组,3

2、小组/大组。6人/小组n每小组人员,进行实验预习与详细实验步骤、内容的设计,交电子版的实验设计报告,实验一简单控制系统设计性实验实验目的1、了解实验装置结构和组成,掌握实验装置的基本操作。2、获得单容水箱液位数学模型3、液位定值控制的仿真实现4、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。5、掌握液位控制系统的投运、参数整定的方法6、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。7、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验装置介绍1、现场系统组成换热器大储水箱FT102PT101JV201锅炉调节阀滞后管FT101上水箱中水箱下水箱电磁阀LT101

3、LTI02LT103LS101TE102TE105TE103TE104TE101LS102JV101JV204JV205JV102JV206JV103JV106XV102JV207JV502JV305JV304JV104FV101JV601JV503JV105滞后管电磁阀XV101A3000现场系统(A3000-FS和A3000-FBS)包括三水箱,一个锅炉,一个强制换热器,两个水泵,两个流量计,一个电动调节阀。其他还包括加热管,大水箱。2-控制系统组成A3000控制系统(A3000-CS)包括了传感器执行器I/O连接板、三个可换的子控制系统板,第三方控制系统接口板。整个部分设

4、计在一个工业机柜中,开放性极强。一个前门,保证了设备防尘、散热等需要。内部结构设计合理,布线完全按照工业要求,整齐、可靠。系统结构如图所示。左边是机柜布置简图,右边是各个控制系统的半模拟屏简图。控制系统结构图1-6-1:控制系统结构举例标准机柜传感、执行器连接板第一控制系统第二控制系统第三控制系统常规仪表,DDC,或PLCRS485到以太网网络接入设备实验接口过程级管理级网关系统图1-6-1控制系统结构三、实验内容:n依据过程控制实验室:A3000过程控制装置n进行液位控制系统设计实验。包括:1、了解A3000过程控制装置,设置工艺流程,控制仪表接线,构成液位控制系统。工艺设备

5、的运行,运行至液位的工艺稳态点。n实验步骤参见《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》实验1实验系统认知2、采用阶跃反应曲线法进行液位对象动态特性的测试、获得动态数学模型实验步骤参见《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》单容水箱液位数学模型的测定实验参见《A3000高级过程控制系统实验指导书V33、MATLAB仿真:PID控制器+动态数学模型获得PID控制器参数值4、液位控制系统的投运、参数整定采用什么工程整定的方法?实验步骤参见《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》单容水箱液位定值控制实验5、参数整定结果的对比分析6、液位控制系统的抗干扰实验干扰?如何加入?四

6、、实验预习:n相关知识点内容的复习n进行分组:三大组,3小组/大组。6人/小组n每小组人员按实验项目分工,进行实验预习与写出具体的实验步骤、内容的设计,交电子版的实验设计报告,包括实验项目分工名单五、实验报告要求(1)画出单容大水箱液位控制系统的方框图。(2)实验测试的液位对象的数学模型测试曲线,及数据处理结果。(3)使用MATLAB仿真液位定值控制,以及获得的调节器的参数值。(4)用反应曲线法整定调节器的参数,写出三种调节器的余差或超调量。(5)作出P调节器控制时,不同δ值下的阶跃响应曲线。(6)作出PI调节器控制时,不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线。(7)画出PID控制时的阶

7、跃响应曲线,并分析微分D的作用。六、注意事项实验线路接好后,必须经指导老师检查认可后方可接通电源。七、思考题(1)实验系统在运行前应做好哪些准备工作?(2)试定性地分析三种调节器的参数(δ)、(δ、Ti)和(δ、Ti和Td)。的变化对控制过程各产生什么影响?(3)如何实现减小或消除余差?纯比例控制能否消除余差?比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。

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