实验一单容过程的数学模型建立与控制.docx
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实验一单容过程的数学模型建立与控制
单容过程的数学模型建立与控制
实验报告书
实验名称:
单容过程的数学模型建立与控制
姓名:
班级:
学号:
指导老师:
实验一、单容过程的数学模型建立与控制
a)单容水箱液位数学模型
1实验目的与要求
了解液位容积特性,熟悉实验法建模的具体方法。
1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。
2、熟悉仪表装置,如检测单元、控制单元、执行单元等。
2实验设备及工艺流程
1、实验设备:
A1000对象系统
(1)泵
(2)水泵调速器:
工作电源24VAC,控制信号2-10VDC
(3)液位变送器:
量程为0-100,输出信号4-20mA。
2、系统组成
液位容积(含水泵调速器)特性测量流程图如图3.2.1所示。
3操作步骤和调试
步骤如下:
1、QV112全开,QV116打开45度左右(由于开度不同,特性也有差异),其余阀门关闭。
2、将LT101连到AI0输入端,AO0输出端连到U101(手动输出)。
3、工艺对象上电,控制系统上电,启动U101(P101)。
4、启动组态软件,选择“单容液位PID控制”。
设定U101控制20~30%,等待系统稳定。
液位和流量稳定在某个值。
注意观察液面,不能太低,否则不算稳定。
5、设定U101控制增加2~5%,记录水位随时间的数据,到新的稳定点或接近稳定。
如果阶跃太大,可能导致溢出。
6、抓图,若液位太低或者溢出,可以修改QV116开度,重复4和6步。
7、将系统输出设定值置为0,关闭系统,分析数据
4实验结果与思考
系统稳定时的截图:
控制量从30%上升到35%,液位从50%上升到80%。
按照60%变动,则从52%高度画线。
从开始变化到70%变动范围时间
Tc就是171秒。
增益K=(70-50)/(35-30)=4
b)单容液位PID控制
1.实验目的与要求
了解PID控制特点,掌握PID的调节规律;通过实验,掌握PID参数的整定。
1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。
2、熟悉仪表装置,如检测单元、控制单元、执行单元等。
3、分别用P,PI,PD,PID整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。
2实验设备及工艺流程
1、实验设备:
A1000对象系统
(1)水泵U102(P102)
(2)水泵调速器:
工作电源24VAC,控制信号2-10VDC
(3)液位传感器:
量程为0-100%,输出信号4-20mA。
2、系统组成
单容水箱液位PID控制流程图如图3.2.1所示,采用右边支路进行实验,左边支路也是一样的。
测点清单如表3.2.1所示。
3操作步骤和调试
每个实验的实验步骤都列出在实验界面的左边,可供参考。
下面仅给出单容液位控制的操作步骤。
注意:
A1000垂直双容需要打开中间阀门,需要高液位一端的液位不能低于阀门。
1、打开手阀QV112,调节QV116开度(如果你希望控制量范围50-70%,则要开很大,否则开少一些),其余阀门关闭。
3、在控制系统上,将水箱液位LT101输出连接到AI0,电动调速器U101控制端连到AO0。
(实验前系统已连接,检查连接情况)
4、打开设备电源。
5、启动计算机组态软件,进入实验项目界面。
启动调节器,设置各项参数。
启动右边水泵U101(P101)和调速器。
6、系统稳定后可将调节器的手动控制切换到自动控制
7、设置比例参数。
观察计算机显示屏上的曲线,待被调参数基本稳定于给定值后,可以开始加干扰实验。
8、待系统稳定后,对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动,一般可通过改变设定值实现,也可以通过支路1增加干扰,或者临时改变一下出口闸板的高度)。
记录曲线在经过几次波动稳定下来后,系统有稳态误差,并记录余差大小。
9、减小P重复步骤6,观察过渡过程曲线,并记录余差大小。
10、增大P重复步骤6,观察过渡过程曲线,并记录余差大小。
11、选择合适的P,可以得到较满意的过渡过程曲线。
改变设定值(如设定值由50%变为60%),同样可以得到一条过渡过程曲线。
注意:
每当做完一次实验后,必须待系统稳定后再做另一次实验。
12、在比例调节实验的基础上,加入积分作用,即在界面上设置I参数不是特别大的数。
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,然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形,并记录不同Ti值时的超调量σp。
13、固定I于某一中间值,然后改变P的大小,观察加扰动后被调量输出的动态波形,据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。
14、选择合适的P和Ti值,使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。
此曲线可通过改变设定值(如设定值由50%变为60%)来
获得。
15、在PI调节器控制实验的基础上,再引入适量的微分作用,即把软件界面上设置D参数,然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动,记录系统被控制量响应的动态曲线。
16、选择合适的P、Ti和Td,使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线(阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现)。
17、将系统输出设定值置为0,关闭系统,
4实验结果与思考
加扰动后:
减小P:
从图中可以看出,减小P以后稳态误差变大。
增大P:
从图中可以看出,增大P之后,稳态误差变小。
加上I:
加上D:
问题:
控制对象是正作用还是反作用,为什么?
因为水流速变大会导致水位上升,故控制对象应为正作用。