过控控制系统综合设计实验.docx
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过控控制系统综合设计实验
过程控制系统综合设计实验报告
项目：
过程控制系统综合设计
班级：
自动化133
姓名：
学号：
指导老师：
一：
实验目的及要求
目的：
1.结合比值控制系统、串级控制系统、前馈反馈控制系统、解耦控制系统的实施，掌握DDC系统应用，以及安装；
2.掌握P900系列智能调节器的参数整定与操作；
3.掌握各类标准信号的测定方法；
4.掌握传感器、执行器的使用；
5.掌握数学建模方法以及PID参数的整定方法。
要求：
1、按照实验指导书上的任务完成实验内容；
2、记录数据以及实验结果，保存实验结果图；
3、完成实验报告的设计，撰写，分析并处理实验结果；
4、进行答辩。
二：
实验过程及实验结果
实验一、长滞后环节温度PID控制实验
一、实验目的
1、熟悉纯滞后（温度）对象的数学模型及其阶跃响应曲线。
2、根据由实际测得的纯滞后（温度）阶跃响应曲线，分析加热系统的飞升特性。
二、实验器材
CS4100型过程控制实验装置
配置：
C3000过程控制器、实验连接线。
三、实验原理
整个纯滞后系统如图4-1所示，加热水箱为纯滞后水箱提供热水，在加热水箱的出水口即纯滞后水箱的进水口装有温度传感器。
纯滞后水箱，中间固定有一根有机玻璃圆柱，9块隔板呈环形排布在圆柱周围，将整个水箱分隔为9个扇形区间，热水首先流入A区间，再由底部进入B区间，流过B区间后再由顶部进入C区间，如此再依次流过D、E、F、G、H最后从I区间流出，测温点设在E、H区间，当A区间进水水温发生变化时，各区间的水温要隔一段时间才发生变化，当进水水流流速稳定在1.5L/Min时，与进水水温T1相比E区间的水温T2滞后时间常数τ约为4分钟，H区间的水温T3滞后时间常数τ约为8分钟。
各隔板的上沿均低于水箱的外沿，这样如果水流意外过大则会漫过各隔板直接进入I区间再流出。
图3-1纯滞后系统示意图
四、实验过程及实验结果记录
1、打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、加热、检测设备电源开关。
2、进入调节画面，改变调压模块开度，如90%，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数据绘制变化曲线。
t（s）
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
t（℃）
23.5
24.9
25.5
25.9
26.3
26.7
27.1
27.4
27.8
28.2
t（s）
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
t（℃）
28.5
28.9
29.2
29.9
30.3
31.2
32.9
32.7
34.2
36.1
t（s）
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
t（℃）
37.9
34.8
35.9
36.4
38.2
39.8
40.5
42.3
43.9
44.5
t（s）
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
t（℃）
46.9
47.8
48.3
49.3
50.1
52.0
53.2
53.9
54.3
56.5
实验二、P909系列智能调节器的参数整定与操作
1、实验目的
认识C3000和对P909系列智能调节器的参数整定与操作
2、实验器材
C3000/P909
3、实验原理
智能数字仪表控制系统的核心是浙大中控的C3000智能调节记录仪。
1、控制功能
C3000多功能控制器具有单回路控制和串级控制功能。
用户可以根据需要选择表达式和控制模式。
在表达式功能中，定时器和控制回路可以用来特殊控制。
串联多台C3000多功能控制器可以执行更复杂的控制功能。
2、表达式运算
C3000多功能控制器具有表达式功能，使用表达式可以对仪表内部信号的算术运算、乘方运算、关系运算、逻辑运算及条件运算，以达到复杂的运算和控制功能的需求。
3、自整定功能
C3000多功能控制器控制回路具有参数自整定功能，每个回路启动自整定功能需要在组态中设定相应的参数。
在仪表正常运行中将自动禁止自整定功能。
4、密码保护
C3000多功能控制器具有四种登陆模式：
操作员1、操作员2、工程师1及工程师2，每种登陆模式都有独立的密码保护，其中工程师2可以任意修改其他登陆模式的密码。
历史数据记录控制功能C3000多功能控制器具有历史数据记录控制功能。
可以自由选择需要记录的数据；仪表修改记录间隔，不会影响已有的记录，即支持记录间隔的修改；支持更多的记录间隔，最小支持0.125s记录间隔；可以手动启动（或停止）或自动启动（或停止）仪表的记录，自动方式可以通过定时方式启动（或停止）记录或使用表达式逻辑功能启动（或停止）记录。
仪表界面显示：
不连续的两段数据之间用固定长度的空白段显示；一段连续的数据显示中，两个连续点时间的差值是该段数据记录间隔的X倍（其中X是缩小倍数）。
其他曲线画面、棒图画面及控制画面可以横向显示和纵向显示。
四、实验过程及实验结果记录
在熟悉P909仪表的使用后，对它的基本操作进行深入研究，学会自由切换手动和自动。
在进行手动设置的时候，要求对PI、PD、PID进行参数的调整，并要求设置当前值。
反复操作、牢记。
实验三、流量比值控制实验
1、实验目的
1、学习比值控制系统的组成原理
2、掌握比值控制系统的整定方法
二、实验器材
1、四水箱实验系统硬件平台
2、四水箱实验系统DDC实验软件
3、PC机（Window2000Professional操作系统）
三、实验原理
比值控制的目的，就是为了实现几种物料符合一定比例关系，以使生产能安全正常进行。
1、比值控制系统的组成原理
比值控制系统大体按其比值系数是否固定，可以分成定比值控制系统和变比值控制系统。
2、比值控制系统的整定
比值控制系统投运前的准备工作及投运步骤与单回路控制系统相同。
在比值控制系统中，变比值控制系统因结构上是串级控制系统，因此主控制器按串级控制系统整定。
双闭环比值控制系统的主流量回路可按单回路定值控制系统整定。
下面介绍单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路的参数整定方法。
比值控制系统中副流量回路是一个随动系统，工艺上希望副流量能迅速正确的跟随主流量变化，并且不宜有过调。
根据这个整定原则，一般的整定步骤是：
A、根据工艺要求的两流量比值，进行比值系数计算。
B、控制器需采用PI形式。
整定时可先将积分时间置于最大，由大到小地调
整比例度，直至系统处于振荡与不振荡的临界过程为止。
C、在适当放宽比例度的情况下（一般放大20％），然后慢慢把积分时间减少，
直到出现振荡与不振荡的临界过程或微振荡的过程。
3、流量比值控制系统
本仿实验系统的流量比值控制系统采用双闭环比值控制系统，其系统框图如下所示：
图16－5本实验系统的流量比值控制系统框图
其整定步骤为：
按单回路定值控制系统整定方法整定主流量Q2回路，假定一个流量比值，并进行比值系数计算
图16－6本实验系统的比值控制器框图
上图为比值控制器模块，其中，SV为比值控制器的设定值，PV为主回路流量，MV作为副回路流量控制器的设定值。
R为比值系数，B1、B2和B3为修正参数，一般情况下设置修正参数为0；因此，我们只需设置比值系数。
当主/副流量比为K时，对比值控制器的比值系数R有：
R＝1/SV/K
四、实验过程及结果记录
实验四、双容水箱液位串级PID控制实验
一、实验目的
进一步熟悉PID调节规律
学习串级PID控制系统的组成和原理
学习串级PID控制系统投运和参数整定
二、实验器材
四水箱实验系统硬件平台
四水箱实验系统DDC实验软件
PC机（Window2000Professional操作系统）
三、实验原理
控制系统的组成及原理
一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本实验系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：
图17－1本实验系统的双容水箱串级控制系统框图
串级控制器术语说明
主变量：
y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要目的
副变量：
y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量
副对象：
上水箱
主对象：
下水箱
主控制器：
PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值
副控制器：
PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门
副回路：
处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路
主回路：
若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出
的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。
副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。
串级PID控制系统的参数整定
串级控制系统参数整定也采用先副后主的方式。
在整定时，应尽量加大副调节器的增益，提高副环的频率，使主、副回路的频率错开，最好相差3倍以上。
整定时，先切除主调节器，使主环处于断开的情况下，按通常的方法整定副调节器的参数。
然后在投入副回路的情况下，把副环作为弱阻尼的二阶环节等效对象，再加上副环外的部分对象，按通常方法整定主调节器参数。
第3章设计总结与心得
通过这一周的综合实验，让我们深入了解了很多被遗忘的知识，本次课程设计就是对过程控制系统中主要的一些方面进行学习，尤其关于PID调节的方面以及串级控制方面.
本次过程控制系统综合实验主要进行了流量比值控制实验、双容水箱液位串级PID控制实验、长滞后环节温度PID控制实验、并且对P900系列智能调节器的参数整定与操作进行了初步的了解。
通过本次课程设计我收获最大的地方就是对PID控制方式进行了巩固，并进行了进一步的学习，我学会了用P909对设定值进行设定，还对C3000有了初步的了解。
通过本次课程设计我对过程控制这门学科有了更加深刻的理解，增强了我对过程控制这门课程的兴趣，也为今后的工作和研究打下来一定的基础。
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