自控原理实验平台课

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1、-实验一控制系统的初步认识过程控制CS4000系统介绍过程控制是针对工业生产过程中液位、流量、温度、压力等参数的控制。一、CS4000系统组成1、双管路流量系统系统包括两个独立的水路动力系统，一路由水泵、电动调节阀、电磁流量计组成（主管路），由电动调节阀调节流量，电磁流量计检测流量；另一路由变频器、水泵、涡轮流量计组成（副管路），由变频器调节流量，涡轮流量计检测流量。如右图：双管路流量系统可以完成多种方式下的流量控制实验：a.单回路流量控制实验b.流量比值控制实验2、四容水箱液位系统系统提供一组有机玻璃四容水

2、箱，每个水箱装有液位变送器；通过阀门切换，任何两组动力的水流可以到达任何一个水箱。因此系统可以完成多种方式下的液位、流量及其组合实验。如右图：3、热水箱-纯滞后水箱温度系统系统提供了一个加热水箱和一个温度纯滞后水箱，加热水箱及纯滞后水箱不同时间常数位置装有Pt100热电阻检测温度，由可控硅控制电加热管提供可调热源，系统可以完成多种温度实验二、执行机构1、可控硅移相调压装置通过4-20mA电流控制信号控制单相220V交流电源在0-220V之间实现连续变化，从而调节电加热管的功率。2、调节阀l电动调节阀.---电

3、动调节阀通过改变管路的流通面积来改变控制通过的流量，由电动执行机构和调节阀两部分组成。调节阀部分主要由阀杆、阀体、阀芯、及阀座等部件组成。当阀芯在阀体内上下移动时，可改变阀芯阀座间的流通面积。电动执行机构一般采用随动系统的方案组成，如上图所示。从调节器来的信号通过伺服放大器驱动电动机，经减速器带动调节阀，同时经位置发生器将阀杆行程反馈给伺服放大器，组成位置随动系统。依靠位置负反馈，保证输入信号准确地转换为阀杆的行程。为了简单，电动执行器中常使用两位式放大器和交流鼠笼式电机组成交流继电器式随动系统。执行器中的电

4、机常处于频繁的启动制动过程中，在调节器输出过载或其他原因使阀卡住时，电机还可能长期处于堵转状态。为了保证电机在这种情况下不至因过热而烧毁，电动执行器都使用专门的异步电机，以增大转子电阻的办法，减小启动电流，增加启动力矩，使电机在长期堵转时温升也不超出允许范围。这样做虽使电机效率降低，但大大提高了执行器的工作可靠性。一、检测机构1、扩散硅式压力传感器2、涡轮流量计3、电磁流量计4、Pt100热电阻温度传感器二、控制系统1、智能调节仪控制系统智能调节仪型号为上海万迅仪表有限公司AI818A，系统中有两块AI818

5、A，以便可以实现串级等复杂控制。AI818A与电脑通过串口通讯。上位机软件采用MCGS。AI818A与MCGS的使用参照相关手册。2、DDC计算机直接控制系统采用集智达R-8000系列RemoDAQ-R-8017模拟量输入模块,RemoDAQ-R-8024模拟量输出模块。与电脑串口通讯。上位机DDC实验软件是厂家面向过程控制实验特点，结合本过程控制实验对象，开发的一套DDC实验软件。运行电脑桌面的“中控教仪过程控制实验软件”图标即可打开实验软件。实验内容参照相应的实验指导书。3、PLC可编程控制器控制系统采用

6、西门子s7-300PLC，电脑上安装了一块CP5621西门子通讯卡（PCI-E插槽），通讯线将卡接口连到PLC的cpu的MPI端口，实现通讯。PLC中运行的程序采用西门子STEP7设计并下载到PLC中、上位机程序采用西门子Wincc设计，存放在电脑C盘基础性/总线型目录的PLC子目录下，运行电脑桌面的WINCC图标可打开该实验软件，再参照相应的实验指导书完成实验。4、C3000过程控制器C3000是国产的一种采用32位微处理器和5.6英寸TFT彩色液晶显示屏的可编程多回路控制器。C3000过程控制器主要有控制

7、、记录、分析等功能。可通过串口、以太网和CF卡实现与上位机的数据交换。本装置中采用串口与上位机通讯。C3000内部有3个程序控制模块、4个单回路PID控制模块、6个ON/OFF控制模块，可实现串级、分程、三冲量、比值控制及用户定制等多种复杂的控制方案。.---倒立摆系统一、基本原理介绍倒立摆系统是一个非线性复杂的自然不稳定系统,是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。许多抽象的控制概念，如控制系统的非线性问题、稳定性问题、鲁棒性问题、可控性问题、镇定问题、随动问题、跟踪问题、以及系统收敛速度和系统

8、抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。除教学用途外，倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性使得许多现代控制理论的研究人员一直将它视为研究对象。他们不断从研究倒立摆控制方法中发掘出新的控制方法，并将其应用于军工、航天科技和机器人学等各种高新科技领域。倒立摆系统按摆杆数量的不同，可以分成一级、二级、三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自由连接（即无电机或其它驱动设备），控制系