成都理工过程控制实验报告.docx
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成都理工过程控制实验报告
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:
201202060227
姓名:
徐茁夫
指导老师:
黄洪全
完成时间:
2015.6.22
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。
学生实验心得
这次实验让我印象最深的还是控制理论的经典方式，PID调节。
而在实验和工程实际中，应用最为广泛的就是PID控制。
而他的调节方法一般采用工程整定法。
具体是采用纯比例将系统投入自动，此时积分时间放最大，微分时间放0。
逐渐减小比例度，使系统刚刚出现等幅振荡，记下这时的比例度PBC和振荡周期TC，PID的比例度和积分时间。
如果P太小，使调节过程过长，调节过程过于缓慢；如果P太大，系统的快速性得到保证，但是系统的稳定性变差；如果I较大，难以消除余差，而较小，则容易超调；D加快了对偏差变化的反应速度，同时使系统容易受到高频干扰的影响。
对于这类控制方式最为简单与运用最广的控制方式，通过这次实验，我又有了更加深刻的理解。
在此，感谢黄洪全老师悉心指导！
学生（签名）：
年月日
指导
教师
评语
成绩评定：
指导教师（签名）：
年月日
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