过控实验报告.docx

1、过控实验报告过程计算机控制系统实验报告实验一 组合型过程控制系统简介及过程控制演示一、FESTO紧凑型过程控制系统介绍FESTO紧凑型过程控制系统如图1-1所示，在这套系统上，我们可以进行液位、温度、压力、流量的控制。 图 1-1 二、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。三、主要仪器与设备1、计算机2、接口板PCL-812PGPCL-812PG是一块高性能，高速度的多功能数据采集卡，它适用于IBM PC以及其它兼容机。P

2、CL-812PG在一块卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路A/D，2路D/A，16路DI，16路DO，1路定时器、计数器通道，其中A/D数据采集为12位。PCL-812PG板卡的具体布局如图1-2。 图 1-2 图中： SW1：基地址设定。（220H） CN1：16位数字输出。 CN2：16位数字输入。 CN3：模拟输入/输出以及记数器/定时器。 JP1、JP2：DMA（直接数据传输）通道设定。（NO DMA） JP3：中断级别设定。（5） JP4：时钟源设定。（外部时钟） JP5：内/外部触发设定。（内部触发） JP6、JP7：D/A参考电压设定。（内部参考电压） JP8：内部参考电压设

3、定。（-10V） JP9：A/D输入范围设定。(-10V to +10V) CN3接口管脚说明如图1-3所示。 图 1-33、水箱：水箱如图1-4所示。技术参数见表1-1。 图 1-4 表1-1工作温度最大：+65外部尺寸宽度深度高度240 mm190 mm385 mm材质塑料螺旋接口15 mm 直径 4、流量传感器 流量传感器如图1-5，主要技术参数见表1-2。 表 1-2工作电压5 to 12 V DC工作电流6 to 33 mA输出信号方波信号，512 V频率范围13 to 1200 HZ测量范围0.5 to 15.0 l/min工作压力80C max。 6bar 工作温度0C to 6

4、5C接线方式白：电源正绿：电源负褐：输出+ 图 1-5 5、比例阀1094-PMR 比例阀如图1-6，主要技术指标见表1-3。 表 1-3工作电压24 V DC功率8 W工作压力0 to 0.5 bar环境温度Max。+55C媒介自然媒介，如水、压缩空气媒体温度0C to +65C 图 1-61094-PMR比例阀接口如图1-7所示。端子2：+24V，端子3：24V地，端子4：输出控制信号。R1：最小流量调节，R2：最大流量调节，R3：延迟时间调节。S1：（on）：中频（2832），S2：（off） 图 1-76、液位传感器主要技术参数见表1-4 表 1-4工作电压24 V DC测量范围040

5、0 mm输出信号05 V DC工作温度-40120C接线方式红：电源正黑：电源负蓝：输出+7、温度传感器 主要技术参数见表1-5 表 1-5工作电压24 V DC测量范围0100 C输出信号05 V DC接线方式红：电源正绿：电源负黄：输出+8、管路、接头、手动阀管路、接头、手动阀如图1-8所示。系统所有部件的连接都是直接插拔，非常方便。 图 1-8实验二 传感器、执行器实验一、实验目的了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。 二、实验要求编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及比例阀开度的控制。三、实验步骤1、液位传感器的测试 在水箱内按要求注入不同高度的纯净

6、水，利用万用表和PCL-812PG板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压。并在计算机内将其转换成对应的高度。将测量数据填入下表。 高度输出250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm万用表测量值（伏）3.032.471.861.230.61A/D 口测量值 (伏)3.022.481.861.250.61机内转换高度（mm）247.14198.05149.0299.6148.63相对误差（%）1.140.9750.6530.392.47 2、温度传感器的测试 改变水箱内水的温度，用温度计测量出水温，同时利用万用表和PCL-812PG板卡的A/D口测出温度传感器的输出电压，并在计

7、算机内将其转换成相应的温度。将测量数据填入下表。温度计（度）16.016.216.216.516.5传感器输出电压（伏）0.803220.82510.82270.81290.8300A/D口测量电压 (伏)0.810.810.810.820.82机内转换温度（度）16.06416.503916.45516.259716.601563相对误差（%）0.41.881.571.460.623、流量传感器的测试 调节手动阀以改变流量传感器所在管路中的流量，利用PCL-812PG板卡的计数口测量流量传感器单位时间内输出的脉冲数，并转换成对应的流量。将测量结果填入下表。脉冲数（个/秒）054183118流

8、量（l/min）0.3411960.4022750.8420361.3550971.7826454、比例阀的控制 通过PCL-812PG板卡的D/A口向比例阀输出控制，比较机内控制电压与实际输出电压，并将结果填入下表。控制量（伏）02.557.510测量值（伏）02.474.957.449.93相对误差（%）01.210.80.7四、思考题1、用传感器测量过程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么方法进行修正？答：使用液位传感器时测量误差比较大，温度传感器电压值误差不大，比例阀实验中机内电压和实验输出电压值误差很小，且十分稳定。如果有误差（1）可以在计算时进行补偿，比如计算零点高度，相减后

9、作为实际测量高度。 （2）减小出水阀开度，使出水过程平稳，减小波动。实验三 系统动态特性的测试一、实验目的学习单容对象动态特性的实验测定方法。 二、实验要求通过实验的方法建立液位对象的过程数学模型。 三、实验步骤利用液位对象的液位与输出流量的关系建立其模型 测试系统结构如图3-1所示。 进水 出水 图3-1 利用液位输出流量关系建立模型的实验原理图 原理 对于液位系统，根据动态物料平衡关系有 式中： 输入流量； 输出流量； 液位高度； A水箱截面积； 、分别为偏离某一平衡状态、的增量。在静态时，当变化时，、也将发生变化，由流体力学可知，流体在紊流情况下，与流量之间为非线性关系，为简化起见，作线

10、性化处理。近似认为与在工作点附近成正比，而与出水阀的阻力（称为液阻）成反比，即 或 由、，消去中间变量，再求拉氏变换得单容液位过程的传递函数为： 关闭所有出水阀，向水箱内注水至260mm左右，然后按图3-1将出水阀旋开至适当位置，测量给定液位高度所对应的流量值，填入下表。并根据式求液位对象的模型。h (mm)120160200240（l/min）1.6482731.7337831.8192921.9048024.6778 4.67787 4.6778154.67783其中水箱的截面积。 四、思考题1、分析可能造成模型不准确的原因。答：原因有： （1）液位传感器和流量传感器存在误差（2）出水阀开

11、度选择不恰当，导致实验过程不稳定，存在干扰，误差变大。（3）为简化计算而作线性化处理，近似为Q和h在工作点附近成正比，与出水阀阻力R2成反比，由此引起误差。实验四 液位单回路控制系统的设计及参数整定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的单回路控制方式。 二、实验要求设计单容水箱的液位单回路控制系统，实现液位的定值控制，并对系统进行参数整定。 三、实验内容1、按照图4-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造液位单回路控制系统。 进水 出水图 4-1 液位单回路控制系统原理图2、画出液位单回路控制系统方框图。3、根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期 0.5s 。 4、运用经验法确定数字调节器

12、的参数根据经验公式，选择调节器参数、和值。观察不同参数情况下的控制效果，最终确定较为满意的调节器参数。实验次数调节器参数性能指标11111.672%45.6s2110.51.502%44.5s310.511.250%46.4s40.5110.576%50.5s四、思考题1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？为了提高控制效果，你在控制算法上还采取了哪些措施？答：（1）采用增量式PID控制算法（2）采用过限削弱积分法，防止失控现象（3）采用控制变量法调整调节器参数实验五 流量单回路控制系统的设计及参数整定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的一般设计方法。 二、实验要求根据流量对象的特点，

13、设计流量定值控制系统，并对系统进行参数整定，使系统具有较好的动、静态性能指标和抗干扰能力。 三、实验步骤1、按照图5-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造流量单回路控制系统。 进水 出水图5-1 流量单回路控制系统原理图2、画出流量单回路控制系统方框图。实际流量流量设定值管道执行阀流量控制器流量传感器3、根据流量对象的特点，选择系统的采样控制周期 0.5s 。4、选择调节器参数，进行流量控制，记录控制结果，并就不同参数下的控制效果进行定性讨论。控制器实验次数PID10.110.59.901620.11013.217.530.5109.901640.50.5011.0118.5四、思考题1、流量对象与液位对象有什么区别？流量控制系统的参数整定要注意哪些问题？答：区别：（1）液位对象需要同时考虑进水和出水，流量只需要控制进水。（2）流量对象与液位对象选择的进水回路不同。（3）液位对象受到的干扰小，流量所受干扰直接来自阀的开度和其他扰动，干扰较大且频繁。参数整定：（1）比例系数Kc增大，控制作用增强，响应速度快，但振荡会更频繁，系统不够稳定，所以Kc应该取得较小。（2）积分系数Ti的控制有利于消除余差，但太大易引起系统振荡。（3）微分系数To的控制有利于抑制超调，但会放大噪声，降低抗扰能力，不适用于干扰频繁的系统。