最新东南大学过程控制实验报告二资料.docx

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最新东南大学过程控制实验报告二资料

东南大学自动化学院

实验报告

课程名称：

过程控制

第二次实验

实验名称：

被控过程的建模实验

院（系）：

自动化专业：

自动化

姓名：

学号：

同组人员：

实验时间：

2017年5月13日

评定成绩：

审阅教师：

一一、实验目的

1、了解液位，流量，压力和温度系统的组成结构；

2、掌握用阶跃响应法来实验辨识控制系统的数学模型的特性参数

、

、

，并以此计算调节器的

、

、

参数；

3、熟练掌握实验法获取被控对象特性的设备操作方法。

二、实验内容

1、对象的配管操作

本实验的实验流程图如图2.1所示，按照实验流程图对实验装置进行配管操作。

图2.1实验流程图

2、仪表的配线操作

本实验的仪表配线图如图2.2所示，对实验控制台上的2#、3#调节器的输入、输出、电源进行插棒连线（6根弱电，4根强电）。

图2.2液位飞升实验仪表配线图

3、调节器参数的设置；

4、记录曲线，运用力控组态软件中的历史趋势曲线，曲线下方操作按钮的作用参看附录二。

三、实验步骤

1、了解被控过程的自衡和非自衡特性，操作前，将力控组态软件打开到运行系统，选择相应实验，打开到历史趋势曲线；

2、掌握单容过程和多容过程的典型传递函数；按照实验流程图配管，并完成仪表配线；

建模连线图如下：

3、掌握飞升曲线的建模方法系统模型的认识；

为了实现对水箱的建模，应该在断开所有的控制器的情况下让水箱获得自然平衡点。

利用P909手动控制电动阀的开度，保持出水阀的开度不变，手动调节进水阀的开度，使得液位逐渐达到平衡点。

在液位到达第一个平衡点之后保持进水阀和出水阀的开度不变，通过P909手动增大电动阀的开度。

（这里之所以实用电动阀来控制输入量是因为电动阀的是线性的，而进水阀是非线性的，从而电动阀的开度该变量是可以量化的）由于开度的增大，进水量必然会增大，但是由于液位不断升高，出水量也会随之增大，最终进水量与出水量相等从而液位重新达到平衡点。

这个过程的液位-时间曲线称为飞升曲线。

通过飞升曲线可以估计出水箱的模型结构，并且通过分析该曲线的数据可以得到模型的相关参数。

4、按A/M键将控制器2#切换成手动模式，2#、3#按SET键将LEVEL1功能切换成OUTL，按上下三角设定进出水阀的开度，使液位平衡；

5、当液位平衡后，改变进水阀的开度，一般变化10%左右，等待液位再次平衡，并且记录下改变阀位的时刻。

四、实验现象

1、观察液位控制系统给定（SV）和反馈（PV）的变化曲线，改变SV，观察PV的变化。

图3.1液位给定值与实际值变化曲线

由图3.1可以看出，SV初始值设为1700，一段实践后，液位与设定值基本一致，存在一定的稳态误差。

改变设定值为500，通过PID的调节作用，液位会缓慢下降，最后在设定值附近波动。

2、利用串口助手与P909通讯，读取或写入SV/PV的值。

打开串口助手，设置参数如下：

COM6，波特率4800，奇校验位，十六进制发送。

通过学习P909通讯协议可知，若要读取SV的值，应发送：

52040000000056；如要读取PV的值，应发送：

52040080000056；如要写入SV的值，应发送：

57040000007BD6（007B为写入的十六进制数据）。

（1）读取SV的值

发送52040000000056，接收到074D0000000384D4，其中0384即为读取的值，转换为10进制是900，与实际值一致。

图3.2读取SV的值

（2）读取PV的值

发送52040080000056，接收到004D000000040859，其中0408即为读取的值，转换为10进制是1032（由于液位在不停的变化，所以未能及时拍到液位为1032的时刻）。

图3.3读取PV的值

（3）写入SV的值

发送57040000007BD6，设置SV为007B（16进制），即123。

图3.4写入SV的值

3、通过力控组态软件监控SV和PV变化曲线。

1）进入力控开发系统，新建窗口

2）添加实时趋势，定义变量、设置上下限

3）添加设备（管道、罐等）、添加文本

参考文献与网址：

4）连接设备后即可观察PV和SV的实时曲线

4、分析获得的飞升曲线，求解出系统数学模型的三大特性参数：

、

、

，并以此计算调节器的

、

、

参数。

手工艺制品是我国一种传统文化的象征，它品种多样，方式新颖，制作简单，深受广大学生朋友的喜欢。

当今大学生的消费行为表现在追求新颖，追求时尚。

追求个性，表现自我的消费趋向：

购买行为有较强的感情色彩，比起男生热衷于的网络游戏，极限运动，手工艺制品更得女生的喜欢。

在实验中，电磁阀的开度由30%增大到50%，平衡点的液位高度由58.4mm增高到64.8mm。

飞升曲线如图2.2。

（二）大学生对DIY手工艺品消费态度分析

图2.2飞升曲线

由图2.2可以看出水箱的模型为一节惯性系统，其传递函数为

其中，K=

0.32mm/%，T=4.6min=276s

据调查统计在对大学生进行店铺经营风格所考虑的因素问题调查中，发现有50%人选择了价格便宜些，有28%人选择服务热情些，有30%人选择店面装潢有个性，只有14%人选择新颖多样。

如图（1-5）所示所以水箱的传递函数为

五、思考题

1、通过对HGK-1过程控制实验装置的操作，了解自衡与非自衡的特性；

据介绍，经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人，他们在琳琅满目的货架上挑选，然后亲手串连，他们就是偏爱这种ＤＩＹ的方式，完全自助。

答：

自衡过程，指的是系统中存在着对所关注的变量的变化有固定的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。

随着社会经济、文化的飞跃发展，人们正从温饱型步入小康型，崇尚人性和时尚，不断塑造个性和魅力的现代文化价值观念，已成为人们的追求目标。

因此，顺应时代的饰品文化显示出强大的发展势头和越来越广的市场，从事饰品销售是有着广阔的市场空间。

在出现扰动后，过程能靠系统自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自平衡特性。

自衡过程具有一定范围内的自平衡。

反之，不存在固有反馈作用的且自身无法恢复平衡的过程，为非平衡过程。

2、试从传递函数的角度说明PID的作用。

说明算法（规律）和参数的作用；

（三）大学生购买消费DIY手工艺品的特点分析答：

比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。

随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。

KP取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。

成功秘诀：

好市口＋个性经营积分作用参数Ti的一个最主要作用是消除系统的稳态误差。

Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但Ti也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。

若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度。

另外在控制系统的前向通道中只要有积分环节总能做到稳态无静差。

从相位的角度来看一个积分环节就有900的相位延迟，也许会破坏系统的稳定性。

微分作用参数Td的作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。

但Ti不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。

3、试拟定获取对象固有特性的方案

为了实现对水箱的建模，应该在断开所有的控制器的情况下让水箱获得自然平衡点。

●

●小饰品店往往会给人零乱的感觉，采用开架陈列就会免掉这个麻烦。

“漂亮女生”像是个小超市，同一款商品色彩丰富地挂了几十个任你挑，拿上东西再到收银台付款。

这也符合女孩子精挑细选的天性，更保持了店堂长盛不衰的人气。

利用P909手动控制电动阀的开度为20%，保持出水阀的开度不变，手动调节进水阀的开度，使得液位逐渐达到平衡点；

●在液位到达第一个平衡点之后保持进水阀和出水阀的开度不变，通过P909手动增大电动阀的开度到40%；（这里之所以实用电动阀来控制输入量是因为电动阀的是线性的，而进水阀是非线性的，从而电动阀的开度该变量是可以量化的）

●由于开度的增大，进水量必然会增大，但是由于液位不断升高，出水量也会随之增大，最终进水量与出水量相等从而液位重新达到平衡点；

●变化过程实时记录仪表箱上液位变化值，以及变化时间，直至液位平衡；

●

●中式饰品风格的饰品绝对不拒绝采用金属，而且珠子的种类也更加多样。

五光十色的水晶珠、仿古雅致的嵌丝珐琅珠、充满贵族气息的景泰蓝珠、粗糙前卫的金属字母珠片的材质也多种多样。

将数据导入力控监控组态软件，自动生成液位-时间变换曲线；

●这个过程的液位-时间曲线称为飞升曲线。

通过飞升曲线可以估计出水箱的模型结构，并且通过分析该曲线的数据可以得到模型的相关参数。