控制技术与系统课程实验指导书(THJ-2)Word文档下载推荐.doc

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实验过程的基本程序：

1、明确实验目的；

2、提出实验方案；

3、画实验接线图；

4、进行实验操作，做好观测和记录；

5、整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。

实验准备、差压传感器的零点迁移和性能测试

一、实验目的：

（1）了解差压传感器的结构原理和使用方法。

（2）掌握差压传感器零点的迁移方法。

（3）测试和分析差压传感器的特性。

二、实验设备：

（1）THJ-2型高级过程控制系统实验装置；

（2）万用表1只；

（3）小一字螺丝刀1把。

三、实验原理：

1、差压传感器零点的迁移

在使用差压传感器测量水箱液位时，其差压△P（△P=P正-P负）与水箱液位高度H之间有着如下的关系：

△P=ρ*g*H

式中ρ为液体密度，g为重力加速度。

在“无迁移”时，即H=0，作用在正、负压室的压力应该相等。

然而，　　　　图0-1、差压传感器

在实际应用中，由于多种原因常会出现当H=0时，△P≠0的情况，如图0-1中的直线

（1）所示。

H=0时，变送器的输出不为4mA；

H=Hmax时，变送器输出不为20mA。

零点迁移的方法就是改变P负的大小，使得输出与液面满量程一致，迁移的实质是改变变送器的零点，如图0-1的a，b，c各点所示。

迁移的同时改变了测量范围的上下限，相当于测量范围的平移，但不会改变量程的大小。

2、差压传感器的线性度和偏差

任何测量过程都存在一定的误差，因此检测时必须知道精确程度，以便估计测量结果与真实值的差距，即估计测量值的误差大小。

精确度不仅与绝对误差有关，而且还与其测量范围有关。

变差是指在外界条件不变的情况下，对被测量在测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行程和反行程所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。

线性度是表征输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度

四、实验内容和步骤

1、设备的连接和检查：

（以大水箱液位零点迁移为例）

（1）关闭阀24，将THJ-2实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

（2）打开以丹麦泵、电磁阀、涡轮流量计组成的动力支路至大水箱的进水阀门：

阀23、阀21、阀22、阀19，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门:

阀11、阀8、阀9、阀22。

（3）检查电源开关是否关闭

2、系统连线

（1）将I/O信号接口板上的大水箱液位的钮子开关打到ON位置。

（2）三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ的空气开关打在关的位置。

（3）将大水箱250Ω液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV

的+极），大水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。

（4）单相水泵电动机的1L端接THJ-2电源控制屏上对应的单相Ⅰ（220V/5A）的1L端，将1N端接至单相Ⅰ（220V/5A）的1N端。

（5）智能调节仪的～220V输入的L端（即9端）和N端（即10端）也分别接单相Ⅲ（220V/5A）的3L端和3N端。

（6）将电压指示切换钮子开关打在24V输出位置。

将直流24V输出“+”端接直流电磁阀VD11端，直流24V输出“-”端接直流电磁阀24V（-）端。

3、启动实验装置

（1）将实验装置电源插头接到三相380V的三相四线制交流电源插座上。

（2）打开电源三相带漏电保护空气开关和总电源钥匙开关，电源指示灯亮，电压表指示380V，停止按钮红灯亮。

（3）按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。

4、实验步骤

（1）将智能调节仪对应的电源空气开关拉上，此时根据人工智能调节仪的使用说明书和传感器的原理特性，先调节传感器的零位电位器使得传感器的输出在仪表上显示为0（即调零）。

（2）将单相水泵电动机的电源开关拉上，此时给大水箱供水。

（3）当大水箱的水接近于满量程（65cm左右）时，此时把单相水泵电动机的电源关掉。

（4）用卷尺测量大水箱里的水柱高度，然后通过调节传感器的满量程电位器（即调增益）将智能调节器的输出显示值与所测的实际液位值相对应。

（5）再将大水箱的出水阀14打开将水放掉，这个过程中可以用卷尺跟踪测试液柱下降时每一时刻的高度能否与智能仪表的输出显示值对应上（测试传感器的线性度）。

（6）当大水箱的水放完以后,看智能仪表的输出显示是否为零，再将阀14关闭，拉上单相水泵电动机的电源开关，再次给大水箱灌水，这个过程中也可以用卷尺跟踪测试液柱上升时每一时刻的高度能否与智能仪表的输出显示值对应上（测试传感器的线性度）。

（7）通过重复

（1）——（5）的调节过程，反复调节传感器零位和增益电位器，使得最终大水箱实际液位与传感器实时输出显示一一对应。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿同时调整零位和增益电位器；

2、在大水箱静态水位测量水柱高度时切记将阀19关闭，以免大水箱中的水回流。

六、思考题

1、零点迁移的实质是什么？

2、在本实验中，是正迁移还是负迁移？

迁移量为多少？

3、在水位上升和下降中同一测试点处测得传感器输出电流的大小为何有差异？

实验一、大水箱液位控制系统

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）分析分别用P、PI和PID调节时的过渡过程曲线。

（3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备

（1）THJ-2型高级过程控制系统实验装置；

（2）计算机、MCGS工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线1根、万用表1只、加密狗1只。

三、实验原理

单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来控制一个被控制量，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只能控制一个执行机构。

本系统的阶跃输入是液位的给定高度，即控制的任务是使大水箱的液位达到给定值所要求的高度。

本实验采用的调节器为工业上常用的AI智能调节仪。

众所周知,系统控制质量的好坏与调节器的控制参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以获得满意的控制效果。

反之，控制器的控制参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，甚至不能正常工作。

因此，当一个单回路系统组成后，系统的投运和参数的整定是十分重要的工作。

一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。

比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ、Ti设置合理，也能使系统具有良好的动态性能。

比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。

（1）将THJ-2实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

（2）打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至大水箱的进水阀门：

阀23、阀22、阀19，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门:

阀21、阀11、阀9、阀8。

（3）打开大水箱的出水阀：

阀14至适当开度。

（4）检查电源开关是否关闭

（1）三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ的空气开关打在关的位置。

（2）将I/O信号接口板上的大水箱液位的钮子开关打到ON位置。

（3）将大水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），将大水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。

（4）将智能调节仪的4～20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的4～20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4～20mA输出端的5端（即-极）接至电动调节阀的4～20mA输入端的-端（即负极）。

（5）单相水泵电动机的1L端接THJ-2电源控制屏上对应的单相Ⅰ（220V/5A）的1L端，将1N端接至单相Ⅰ（220V/5A）的1N端。

（6）电动调节阀的～220输入的L端接单相Ⅲ（220V/5A）的3L端，N端接单相Ⅲ（220V/5A）的3N端。

（7）智能调节仪的～220V输入的L端（即9端）和N端（即10端）分别接单相Ⅱ（220V/5A）的3L端和3N端。

（1）将实验装置电源插头接到三相四线制380V的交流电源插座上。

（2）打开电源三相带漏电保护空气开关和总电源钥匙开关，电压表指示380V。

（4）开启单相Ⅱ空气开关，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的零位。

（一）比例调节控制

①启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验。

②启动智能仪表，设置各项参数，同时把比例度P设到适当的值，积分时间I和微分时间D均设为0，将调节器置于手动0，启动动力支路。

然后在仪表手动状态下，按住仪表的Stop键将仪表的输出上升到一定的值。

③打开相应单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，开始实验。

④观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数接近于给定值的60%左右时，即可将调节器的“手动”切换到“自动”状态，系统即投入闭环运行。

⑤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）。

记录曲线再次稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

⑥在步骤5的基础上减小P，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

⑦在步骤5的基础上增大P，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

⑧选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。

⑨注意：

每当做完一次实验后，必须等系统稳定后再做另一次实验。

（二）、比例积分调节器（PI）控制

①在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即把“I”（积分器）由关闭“0”状态设置为中间某一数值，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统受阶跃扰动影响而无余差存在。

②固定比例度δ值，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控制量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。

③把积分时间固定于某一中间值，然后改变δ的大小，观察加扰动后被控制量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。

④选择合适的δ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。

（三）、比例积分微分调节（PID）控制

①在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把在仪表上设置D参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验

（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。

②选择合适的δ、Ti和Td，使系统的阶跃输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。

③在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

（四）、用临界比例度法整定调节器的参数