过程控制选做实验.doc

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1、过程控制实验内容实验一、单容水箱对象特性的测试实验二、单容水箱液位PID控制系统实验三、流量PID控制系统实验四、PLC单/双容液位控制——利用西门子CP5611接口卡、MPI通讯模式、PROTOOL-CS监控软实验五、PLC单/双容液位控制——应用PPI/PC通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO实验六、基于MATLAB的单回路PID控制实验一、单容水箱对象特性的测试一、实验目的1、了解单容水箱的自衡特性。2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。3、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数

2、。二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置：GK-02GK-03GK-04GK-072、万用表一只3、计算机及上位机软件三、实验原理阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节器手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱的数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，且用下述方法求取对象的特征参数。单容水箱液

3、位开环控制结构图如图2-1所示：图1-1、单容水箱液位开环控制结构图设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：式中，T=R2*C为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），K=R2为过程的放大倍数，也是阀V2的液阻，C为水箱的底面积。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：2-22-32-4式（2-3）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2

4、所示。由式（2-4）可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，此切线与稳态值的交点所对应的时间就是时间常数T。图1-2阶跃响应曲线其理论依据是：上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。式（2-2）中的K值由下式求取：K=h(∞)/R0=输入稳态值/阶跃输入四、实验内容与步骤1、按实验一的要求和步骤，对上、下水箱液位传感器进行零点与增益的调整。2、按照图2-1的结构框图，完成系统的接线（

5、接线参照实验1），并把PID调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状态。3、将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”相连；用配套RS232通讯线将GK-03的“串行通信口”与计算机的COM1连接；打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。4、利用PID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm左右。5、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，记录此时

6、调节器手动输出值VO以及水箱水位的高度h1和显示仪表LT1的读数值并填入下表。变频器输出频率f手动输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值HZvcmcm6、迅速增调“手动调节”电位器，使PID的输出突加10%，利用上位机监控软件记下由此引起的阶跃响应的过程曲线，并根据所得曲线填写下表。t（s）水箱水位h1(cm)LT1读数(cm)等到进入新的平衡状态后，再记录测量数据，并填入下表：变频器输出频率fPID输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值HZvcmcm7、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录

7、由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表：t（s）水箱水位h1(cm)LT1读数(cm)8、重复上述实验步骤。五、思考题1、在做本实验时，为什么不能任意变化阀V1或V2的开度大小？2、用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？六、注意事项1、做本实验过程中，阀V1和V2不得任意改变开度大小；2、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。3、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。4、在老师的帮助下，启动计算机系统

8、和单片机控制屏。七、实验报告要求1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。2、根据实验原理中所述的方法，求出被测一阶环节的相关参数K和T。实验二、单容水箱液位PID控制系统一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。3、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。4、定性地分析P、PI和