《过程控制系统》实验指导书(修改).doc

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1、《过程控制系统》实验指导书实验设备简介A3000对象系统包含三个水箱，一个大的蓄水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热棒，滞后系统以及加热联锁保护系统。传感器和执行器包含5个温度、3个液位、1个压力、1个电磁流量计，1个涡轮流量计,1个电动调节阀，2个电磁阀，以及2个锅炉液位开关。结构工艺图如下图0-1所示：、图0-1A3000高级过程控制系统结构工艺图实验一单容自衡水箱液位比例控制实验一．实验目的：⑴通过实验了解单回路控制系统的原理及采用纯比例控制时的特点；⑵分析比例控制时，比例系数改变时对系统稳态指标和静态指标的影响；二．实验设备：A3000高级过程控制实验设备

2、，计算机监控系统。三．实验原理实验原理图如下：四．实验内容与步骤：1．系统连接⑴在A-3000设备上，打开手动调节阀JV201、JV206，其余阀门关闭。⑵将下水箱液位变送器输出连接到PLC的输入端子AI0，PLC的输出端子AO0连接到电动调节阀上控制信号端(注意红黑线不要接错)。⑶打开A3000设备电源，启动右边水泵。⑷启动计算机组态软件，进入实验系统，选择“单容液位定值控制实验”。2．P控制⑴调节下水箱出口闸板开度到某一刻度（如下闸板顶到槽顶距离（开度）5mm）；⑵设定一个液位给定值SP（例如30），将比例系数设定为某一个较小的值，并设定积分时间常数为最大，微分时间常数为0，启动系

3、统。⑶待系统达到稳态时，用抓图的方法记录所得的响应曲线；⑷按电脑监控界面的停止按钮，停止系统。将出水闸板开度加大，将水箱水放掉，待水放完之后，重新将出水闸板开度设定为5mm。⑸仍然设定为纯比例控制下（设定方法见步骤⑵），增大比例系数，重新做步骤⑵和⑶。⑹重复上述步骤⑸，重新记录响应曲线，上述响应曲线至少测得3组，包括单调曲线2组、衰减振荡曲线1组。注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。五．实验报告要求：⑴抓取不同比利系数时所得到的响应曲线，打印出来并附在实验报告上。⑵根据所获得3组响应曲线，计算稳态误差、超调量和调整时间。⑶回答思考题。六．思考题：分析随着比例系数的

4、增大，对系统的稳态指标（稳态误差）和动态指标（超调量和调整时间）有什么影响？实验二单容自衡水箱液位PID控制实验一．实验目的：⑴通过实验了解单回路控制系统的原理及采用P、PI、PID控制时的特点；⑵分析PI控制时，积分时间常数及微分时间常数改变时对系统稳态指标和静态指标的影响；二．实验设备：A3000高级过程控制实验设备，计算机监控系统。三．实验原理实验原理图如下：四．实验内容与步骤：1．系统连接⑴在A-3000设备上，打开手动调节阀JV201、JV206，其余阀门关闭。⑵将下水箱液位变送器输出连接到PLC的输入端子AI0，PLC的输出端子AO0连接到电动调节阀上控制信号端(注意红黑线

5、不要接错)。⑶打开A3000设备电源，启动右边水泵。⑷启动计算机组态软件，进入实验系统，选择“单容液位定值控制实验”。2．PI控制⑴调节下水箱出口闸板开度到某一刻度（如下闸板顶到槽顶距离（开度）5mm）；⑵在实验一比例调节测试的基础上（在计算机监控画面中设定P值为某个数值如2或3），加入积分作用。即在计算机监控界面上设置I参数为不是特别大的数。固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后给定值加阶跃扰动，观察给定值加阶跃扰动后被调量的输出波形，并抓取并记录两组不同Ti值时的输出曲线。⑶通过上一步的实验观察，选择一组合适的P和Ti值，使系统对给定值阶跃扰动的输出响应

6、为一条较满意的过渡过程曲线，记录这条响应曲线。1．PID控制⑴在获得上述满意的PI控制器参数的基础上，固定此PI参数，再引入适量的微分作用，即在监控软件界面上设置D参数，然后加上与前面PI调节时幅值完全相等的给定值扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。⑵逐渐增大Td和反复试凑，选择合适的Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线，并抓取记录此响应曲线。（注意：按上述步骤，本实验至少应记录3条响应曲线：PI控制2-3条，PID控制至少1条）五．实验报告要求：⑴在上述的给定值加阶跃扰动条件下，将抓取的2组不同Ti值时的输出曲线（在同一比例系数P值下）打印出来并附在实验报告上。⑵计算这

7、2条曲线的超调量和调整时间。⑶将实验中获得的较为满意的PI和PID控制下的输出曲线打印出来并附在实验报告上。⑷回答思考题。六．思考题：1.积分的引入对闭环控制有何影响？积分作用过强和过弱有何不同？2.微分控制一般应用在什么场合？微分的引入会对闭环系统产生什么影响？微分过强与过弱有何不同？（以上思考题从闭环系统的动态和静态特性方面回答）实验三电动调节阀流量特性测量实验一．实验目的：⑴通过实验验证直线型调节阀的理想流量特性，并加深理解；⑵理解影响调