实验一 简单控制系统设计性实验

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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。