过控实训报告宋芳Word下载.docx

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目录

实验一单闭环流量定值控制系统3

实验二单容液位定值控制系统6

实验三单容自衡水箱液位特性测试实验9

实验四水箱液位串级控制系统12

实验五双容水箱液位定值控制系统15

实验六三容水箱液位定值控制系统18

实验七锅炉内胆温度特性的测试21

实验八锅炉夹套水温定值控制系统24

实验一单闭环流量定值控制系统

一、实验目的

1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。

2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。

3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。

5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备

实验对象及控制屏、各类电路挂件、计算机一台、万用表一个、导线若干；

三、实验原理

图4-1单闭环流量定值控制系统

（a）结构图（b）方框图

本实验系统结构图和方框图如图4-1所示。

被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。

将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并且在实验中PI参数设置要比较大。

四、实验内容

图4-2智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图

本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11全开，其余阀门均关闭。

将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。

五、实验数据曲线

图4-3单闭环流量定值控制曲线图

六、实验总结

单闭环流量定值控制的数据曲线中，流量设定值SV=10.0r/min，比例系数P=60，积分时间I=20，先是等幅振荡，外加一个干扰信号，数据曲线经过智能调节仪的调节后，渐趋稳定。

实验二单容液位定值控制系统

1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。

3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

实验对象及控制屏、各类电路挂件、计算机一台、万用表一个、导线若干。

图2-1中水箱单容液位定值控制系统

本实验系统结构图和方框图如图2-1所示。

被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。

本实验选择中水箱作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。

图2-2智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图

图2-3单容液位定值控制曲线图

在图2-3中的数据曲线可以看出，水箱设定值SV=8，给予适量的PI调节，水箱实际水量在上下振荡后趋于稳定，接近设定初值，最后测量值PV=8.0，成功完成单容液位定值控制的特性测试。

实验三单容自衡水箱液位特性测试实验

1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；

2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；

所谓单容指只有一个贮蓄容器。

自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。

液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。

图3-1单容自衡水箱特性测试系统

（a）结构图（b）方框图

本实验选择下水箱作为被测对象（也可选择上水箱或中水箱）。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8全开，将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度，其余阀门均关闭。

图3-2仪表控制单容水箱特性测试实验接线图

图3-3单容自衡水箱对象特性测试曲线图

单容自衡水箱对象特性测试，以下水箱为实验对象，设定下水箱液位为10.0cm，智能控制仪调节作用下，特性曲线呈现出衰减振荡并逐步趋向稳定。

整定出对应的参数，计算出系统的传递函数。

实验四水箱液位串级控制系统

1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。

2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。

主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。

副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。

主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。

副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。

由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。

本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。

图5-1水箱液位串级控制系统

本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。

图5-2智能仪表控制水箱液位串级控制实验接线图

图5-3水箱液位串级控制数据曲线图

调节仪1：

P=20，I=60，D=0，CF=0，ADDR=1，Sn=33,CTRL=1,SV=8CM

调节仪2：

P=50，I=20，D=0，CF=8，ADDR=2,Sn=32,CTRL=1

上水箱阀门开度80-90%，中水箱阀门开度50%；

主控参数调整，设定值SV=9.0，比例系数P=3.7，积分时间I=42.0，微分时间D=10.0，由上图可以看出，中水箱液位在调节仪的调节下终将趋于稳定，测量值PV=9.0，达到最佳的稳定状态。

实验五双容水箱液位定值控制系统

1．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。

2．掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。

4．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。

5．掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。

要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。

调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。

本实验系统结构图和方框图如图7-1所示。

图3-13双容液位定值控制系统

本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象（也可选择上水箱和中水箱）。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节单容液位定值控制中的相应方案进行。

实验的接线与第二章第一节单容对象特性测试的接线图完全一样。

值得注意的是手自动切换的时间为：

当中水箱液位基本稳定不变（一般约为3～5cm）且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。

图7-2双容液位定值控制系统数据曲线图

双容液位定值控制中，中水箱和下水箱构成双容水箱系统，SV=9cm，P=20，I=60，D=0；

CF=0，ADDR=1，CTRL=1,上水箱阀门开度70-90%，中水箱开度50%；

加入干扰信号后，中水箱的液位在智能调节仪的调节下，终于达到如上图中的稳定状态。

图中的数据曲线的趋势显示了双容水箱液位的控制过程，也明显突出了传递函数的动态调节特性。

实验六三容水箱液位定值控制系统

1．了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。

2．掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。

4．分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。

本实验以上、中、下三只水箱串联作被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。

由第二章双容特性测试实验可推知，三容对象是一个三阶系统，可用三个惯性环节来描述的三容液位定值控制系统。

实验过程控制图如下图6-1。

图6-1三容液位定值控制系统

本实验要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。

本实验选择上、中、下三只水箱串联组成三容对象（三阶系统）。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9、中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀门开度F1-9>

F1-10>

F1-11），其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照本章第二节单容液位定值控制中的相应方案进行。

当上、中水箱液位基本稳定不变（一般约为3～5cm）且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。

图6-2三容液位定值控制数据曲线图

三容水箱液位定值控制，SV=8cm，P=30，I=60，D=0；

CF=0，ADDR=1，CTRL=1,上水箱阀门开度90%，中水箱开度70-80%，下水箱开度50%；

控制过程中，给定扰动信号后，系统在智能调节仪的调节下，达到最佳的稳定程度。

实验七锅炉内胆温度特性的测试

1．了解锅炉内胆温度特性测试系统的组成原理。

2．掌握锅炉内胆温度特性的测试方法。

图1-1锅炉内胆温度特性测试系统

由图1-1可知，本实验的被测对象为锅炉内胆的水温，通过调节器“手动”输出，控制三相电加热管的端电压，从而达到控制锅炉内胆水温的目的。

锅炉内胆水温的动态变化过程可用一阶常微分方程来描述，即其数学模型为一阶惯性环节。

可以采用两种方案对锅炉内胆的温度特性进行测试。

本实验选择锅炉内胆水温作为被测对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12、F2-11关闭，其余阀门也关闭。

将变频器的A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），手动调节变频器频率，给锅炉内胆贮一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13，打开阀F1-12，为夹套供水作好准备。

图1-2仪表控制锅炉内胆水温特性测试接线图

图1-3锅炉内胆水温定值测试曲线图

通过图1-3中可以看出，实验模拟中设置一个正给定阶跃SV=22，对锅炉加热后内胆水温在智能调节仪的控制下逐渐接近于设定阶跃值，最后水温测量值PV在允许的误差范围内接近SV并趋于稳定。

实验八锅炉夹套水温定值控制系统

1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。

2．了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。

3．研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。

4．分析比较锅炉夹套水温控制与锅炉内胆动态水温控制的控制效果。

本实验系统结构图和方框图如图8-1所示。

本实验以锅炉夹套作为被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。

本实验要求锅炉夹套的水温稳定至给定值，将铂电阻TT2检测到的锅炉夹套温度信号作为反馈信号，与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉夹套水温的目的。

在锅炉夹套水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，所以夹套温度的加热过程容量时延非常大，其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。

实验中用变频器支路以固定的小流量给锅炉内胆供循环水，以加快冷却。

图8-1锅炉夹套水温定值控制系统

本实验选择锅炉夹套水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12关闭，其余阀门都关闭。

将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供冷水作好准备。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节锅炉内胆水温定值控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。

图8-2仪表控制锅炉夹套水温定值控制实验接线图

图8-3锅炉夹套水温定值控制数据曲线

锅炉夹套水温定值控制，理想参数设置SV=50℃，P=40，I=60，D=0，CF=0，ADDR=1，CTRL=1,变频器频率=20HZ；

通过变频器控制给锅炉里注入适度的水量（漫过横线）,然后通过智能调节仪的调节控制给锅炉加热,锅炉里水的温度带动锅炉内夹套的温度上升,实际参数设定SV=20℃,P=1.4，I=7.0,D=14.0；

夹套温度会随锅炉内水温的上升而增高（PV<

=SV），智能调节自然冷却使得夹套水温逐渐趋近于设定值SV。