过程控制实验报告.docx
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过程控制实验报告
过程控制实验报告
学院:
核技术与自动化工程学院
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气工程及其自动化1班
学号:
姓名:
指导老师:
黄洪全
完成时间:
2014.6.22
实验一单容水箱液位控制实验
单容水箱液位定值（随动）控制实验，定性分析P,PI、PD控制器特性。
控制逻辑如图1所示：
测量或控制量
测量或控制量标号
使用PID端口
使用ADAM端口
下水箱液位
LT103
AI0
AI0
调节阀
FV101
AO0
AO0
1、实验方案
水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为水位H。
使用P,PI,PID控制，看控制效果，进行比较。
2、控制策略
使用PI、PD、PID调节。
3、实验步骤
1）使用组态软件进行组态。
数值定义为0～100。
实时曲线时间定义为5～10min。
2）在A3000-FS上，打开手阀JV206、JV201，调节下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。
3）连线：
下水箱液位连接到内给定调节仪输入。
内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。
4）打开A3000电源，打开电动调节阀开关。
5）在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给下水箱V104注水。
6）LT103→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。
7）按所学理论操作调节器，分别进行P、PI、PID设定。
简单设定规则：
首先把P设定到30，I关闭（调节仪I>3600关闭），D关闭（调节仪D=0关闭）等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。
设定值60%。
一般P越大，则残差越大。
可以减少P，直到出现振荡。
则不出现振荡前的那个最小值就是P。
PI控制首先确认上次的P，我们可以不改变这个P值，也可以增加10%。
然后把I设定为1800。
关闭水泵，等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。
设定值60%。
观察控制曲线的趋势，如果出现恢复非常慢，则可以减少I，直到恢复比较快，而没有出现振荡，超调也不是非常大。
最后逐步增加D，使得控制更快速，一般控制系统有PI控制就可以了。
4、实验结果
P调节
PI调节
与参考曲线来看，单P调节P=24比较好。
残差大约是8%，我们测量数据是p=30，符合条件
若PID调节，P=24,I=20,D=2或4都具有比较好的效果。
从控制量来看，P=24,I=8,D=2比较好，也是和实验结果符合的。
实验二双容水箱液位控制实验
单容双容水箱液位定值（随动）控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。
测量或控制量
测量或控制量标号
使用PID端口
使用ADAM端口
下水箱液位
LT103
AI0
AI0
调节阀
FV101
AO0
AO0
1、实验方案
水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为下水位H。
使用PID控制，看控制效果。
2、控制策略
使用PID调节。
3、实验步骤
1）使用组态软件进行组态。
注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。
因为多容积导致的延迟比较大。
2）在A3000-FS上，打开手阀JV205、JV201，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。
3）连线：
下水箱液位连接到内给定调节仪输入。
内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。
4）打开A3000电源。
5）在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给中水箱V103注水。
6）LT104→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。
7）按所学理论操作调节器，进行PID设定。
首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。
然后再加I值。
4、实验结果
双容水箱单P调节
单I调节不能使双容水箱达到平衡
单D调节有一定的偏差
PI调节
PID调节
PI控制器控制曲线
PID控制的曲线具有两个波，然后逐步趋于稳定。
由于系统延迟很大，这个稳定时
间非常长。
比较好的效果是P=24,I=200，D=2。
增加微分项之后，系统在有10%的扰动下，很快就进入稳定状态。
根据实验所得数据和参考分析，我们数据所得的P,I,D单调节和PI,PID调节中有些调节是不能使双容水箱稳定的，比较所得，实验是比较成功的，最后所得的P=20;I=200，D=15，与参考比较辅助调节稍微偏大。
但是也在正常范围内。
实验三三容水箱液位控制实验
与双容水箱液位定值（随动）控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。
测量或控制量
测量或控制量标号
使用PID端口
使用ADAM端口
下水箱液位
LT103
AI0
AI0
调节阀
FV101
AO0
AO0
1、实验方案
水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为下水位H。
使用PID控制，看控制效果。
2、控制策略
使用PID调节。
3、实验步骤
1）使用组态软件进行组态。
注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。
因为多容积导致的延迟比较大。
2）在A3000-FS上，打开手动调节阀JV204、JV201，调节上、中、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。
3）连线：
下水箱液位连接到内给定调节仪输入。
内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。
4）打开A3000电源。
打开电动调节阀开关。
5）在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给上水箱V102注水，同时中水箱V103、下水箱V104分别由上、中水箱注水。
6）LT103→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。
按所学理论操作调节器，进行PID设定。
首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。
然后再加I值。
4、实验结果
单P调节
单I调节，液位一直增加
单D调节
PI调节，I值过大引起较大波动
PID调节三容水箱应该使I很小，不然会引起较大的波动
从图上可见，该系统的稳定时间非常长，大约1小时
根据上面的实验结果和实验参考对比，三容水箱的容积延迟很大，要很久才能稳定，并且由于容积延迟，所以，调节很难，特别要控制积分环节，不然可能引系统振荡，或者积分饱和，所以，最后，把参数调至P=50，I=10，D=100能够是系统在长时间后达到要求。
实验总体总结:
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它 技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制：
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系 统输出存在稳态误差。
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳 态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后 无稳态误差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统 在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作 用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比 例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误 差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系 统在调节过程中的动态特性。
1.比例调节依据"偏差的大小"来动作,它的输出与输入偏差的大小成比例.比例调节及时,有力,但有余差. 它用比例度来表示其作用的强弱,比例度越小,调节作用越强,相反,比例度越大,调节作用就越弱;比例作用 太强时,会引起震荡。
2.积分调节依据"偏差是否存在"来动作,它的输出与偏差对时间的积分成比例,只有当余差消失时,积分作 用才会停止,其作用是消除余差.但积分作用使最大动偏差增大,延长了调节时间.它用积分时间T来表示其 作用的强弱,T越小,积分作用越强,但积分作用太强时,也会引起震荡。
3.微分调节依据"偏差变化的速度"来动作.它的输出与输入偏差变化的速度成比例,其效果是阻止被调参数 的一切变化,有超前调节的作用,对滞后大的对象（温度）有很好的效果.它使调节过程偏差减小,时间缩短,余差也减小（但不能消除）。
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