过程控制实验报告.docx
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过程控制实验报告
本科生实验报告
实验课程过程控制
学院名称核技术与自动化工程学院
专业名称电气工程及其自动化
学生姓名
学生学号
指导教师黄洪全
实验地点6C901
实验成绩
二〇一六年三月二〇一六年五月
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。
实验总结:
通过做计算机过程控制实验,让我知道了PID控制在实际应用中的作用,P作用可以消除偏差,但不能消除稳态误差,而且Kp的值如果设置过大会使系统不稳定;I作用可以消除稳态误差,但KI的值设置偏大的话会使超调量偏大,甚至会使系统不稳定;D作用具有“预见性”,可以对偏差值做出快速的反应,减小超调量,但在实际应用中很少用到D作用。
此外,我们还对单容水箱、双容水箱、三容水箱和串级控制(上水箱和下水箱)的数学模型有了一定的了解,加深了对理论知识的认识与理解。