工业过程与过程控制研究报告.docx
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工业过程与过程控制研究报告
工业过程与过程控制
实验报告
学号：
1013401XXX
姓名：
XXX
学院：
XXXX学院
专业：
冶金过程自动化
苏州大学机电工程学院
二零一三年五月
实验一锅炉液位控制系统实验
1、实验目的
1了解锅炉液位控制系统的组成。
2建立液位控制数学模型（阶跃响应曲线）。
3计算系统各参数下的性能指标。
4分析PID参数对控制系统性能指标的影响。
2、实验步骤
1出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，设定OUTL=60%。
2令δ=20%、Ti=80（s）、Td=10（s），设置到液位控制器中。
3液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=200mm，等待稳定下来。
4将液位控制器的“自动”输出阶跃变化100mm，即设定
SV=300mm,同步记录液位的PV值（间隔30秒记录一次，约
20分钟）
5改变比例带：
令δ=10%、Ti=80（s）、Td=10（s），设置到控制器中，
重复步骤3和步骤4。
6改变积分时间：
令δ=20%、Ti=40（s）、Td=10（s），设置到控制器中，重复步骤3和步骤4。
7改变微分时间：
令δ=20%、Ti=80（s）、Td=20（s），设置到控制器中，重复步骤3和步骤4。
三、数据记录与处理
锅炉液位控制系统实验记录表
时间：
（min）
液位：
（mm）
液位：
（mm）
液位：
（mm）
液位：
（mm）
0.0
200
200
200
200
0.5
203.5
206.4
206.5
205.0
1.0
209.9
215.9
216.9
212.0
1.5
216.5
225.9
228.8
219.5
2.0
224.4
236.5
241.4
228.2
2.5
232.9
248.2
256.1
236.0
3.0
241.8
259.6
270.4
245.8
3.5
250.9
271.4
285.7
254.8
4.0
260.6
283.2
299.1
264.4
4.5
269.8
293.6
308.7
273.9
5.0
279.2
301.3
310.0
283.3
5.5
289.0
304.1
308.5
292.4
6.0
297.1
304.5
305.3
299.6
6.5
302.8
303.3
301.8
304.7
7.0
306.2
302.2
298.9
306.0
7.5
306.7
301.7
297.1
306.5
8.0
306.0
300.7
297.1
305.9
8.5
305.1
300.0
297.2
304.8
9.0
303.8
299.9
298.7
303.6
9.5
302.5
299.6
300.0
301.7
10.0
301.4
299.7
300.3
300.8
10.5
300.9
299.6
300.9
300.2
11.0
300.2
299.9
301.4
299.7
11.5
299.7
300.1
301.0
299.0
12.0
299.2
300.0
300.7
298.9
12.5
299.3
300.1
300.0
298.7
13.0
299.5
299.4
298.9
13.5
299.4
299.3
299.0
14.0
299.5
299.6
299.3
14.5
299.6
299.9
299.5
15.0
300.1
300.2
299.8
15.5
300.2
300.1
16.0
300.2
300.3
16.5
299.7
300.4
17.0
300.1
300.2
17.5
299.9
300.3
18.0
300.1
300.3
18.5
300.1
19.0
300.1
19.5
300.0
20.0
300.1
调节时间ts，一般是当被控量进入其稳态值的±5%范围内时所需的
时间
指标
参数
δ=20%、Ti=80（s）Td=10（s）
δ=10%、Ti=80（s）Td=10（s）
δ=20%、Ti=40（s）Td=10（s）
δ=20%、Ti=80（s）Td=20（s）
衰减率Ψ
0.984
0.977
0.970
0.953
衰减比η
66:
1
44:
1
33:
1
21.3:
1
超调量σ（%）
6.6
4.5
9.9
6.3
调节时间ts（min）
5.5
4.5
3.5
5.5
分析比例带、积分时间、微分时间对系统性能的影响。
比例带：
当δ减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
积分时间：
当Ti减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
微分时间；引入Td，可提高快速性，提高系统的工作频率；Td太大
或太小，都会破坏系统的稳定性。
实验二锅炉温度控制系统实验
1、实验目的
1了解锅炉温度控制系统的组成
2建立被控对象的数学模型：
掌握用动态特性参数法辨识被控对象
数学模型（一阶加滞后）的特征参数
3掌握整定PID参数的计算过程
4计算温度控制系统闭环状态下的性能指标
5总结对过程控制系统实验的心得体会
2、实验步骤
1液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=300mm
2出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，大约使PV=40L/h
3温度控制系统置于“手操”，即开环方式，设定OUTL=10%~15%
4等待液位、出水流量和温度的PV值稳定下来
5将温度控制器的“手操”输出阶跃变化5%~10%，即设定OUTL=
15%~25%,同步记录温度的PV值（间隔1分钟记录一次，约45
分钟）
6根据开环实验数据，在实验计算机记录的温度开环阶跃响应曲线
上，计算被控对象的参数K、τ和T。
然后按教材第83页的表4.1
（另一教材第168页的表3-6）计算PID参数δ、Ti、Td
7温度控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=30℃~40℃，
把第六步得到的δ、Ti、Td设置到控制器中，等待稳定下来
8将温度控制器的“自动”输出阶跃变化5℃~10℃，即设定SV=35
℃~50℃，同步记录温度的PV值（间隔30秒记录一次，约20分
钟）
9根据温度闭环实验数据，在直角坐标纸上绘制温度控制系统的阶
跃响应曲线，由曲线计算系统性能指标：
衰减率Ψ、衰减比η、
超调量σ、调节时间ts
3、数据记录与处理
温度开环实验数据记录表
时间：
（min）
温度：
（℃）
时间：
（min）
温度：
（℃）
0
21.2
24
30.0
1
22.7
25
30.2
2
23.2
26
30.2
3
24.1
27
30.7
4
24.9
28
30.5
5
25.5
29
30.5
6
26.1
30
30.7
7
26.9
31
30.7
8
26.8
32
30.9
9
27.3
33
30.9
10
27.7
34
31.4
11
27.8
35
31.2
12
28.5
36
31.5
13
28.4
37
31.6
14
28.9
38
31.4
15
29.1
39
31.8
16
29.4
40
31.9
17
29.3
41
31.7
18
29.4
42
31.9
19
29.5
43
31.9
20
29.8
44
31.8
21
29.7
45
22
29.8
46
23
30.1
47
温度闭环实验数据记录表
时间：
（min）
温度：
（℃）
时间：
（min）
温度：
（℃）
0.0
32.0
12.0
42.4
0.5
32.7
12.5
42.5
1.0
33.3
13.0
42.0
1.5
34.1
13.5
42.3
2.0
34.2
14.0
41.8
2.5
35.2
14.5
42.4
3.0
35.7
15.0
42.0
3.5
36.1
15.5
42.3
4.0
36.4
16.0
42.0
4.5
37.2
16.5
5.0
37.8
17.0
5.5
38.4
17.5
6.0
39.0
18.0
6.5
39.3
18.5
7.0
40.2
19.0
7.5
40.6
19.5
8.0
41.5
20.0
8.5
41.6
20.5
9.0
41.7
21.0
9.5
42.2
21.5
10.0
42.3
22.0
10.5
42.3
22.5
11.0
42.5
23.0
11.5
42.6
23.5
31.9℃-21.2℃=10.7℃
10.7×0.39+21.2=25.4℃
10.7×0.63+21.2=27.9℃
t1=320s
t2=687s不合适
取t2=571s
T0=2（t2-t1）=2×﹙571-320）=502s
τ=2t1-t2=2×320-571=69s
Ti=2τ=2×69=138s
Td=0.5τ=0.5×69=34.5s≈34s
调节时间ts=7.0min
4、心得体会
这个实验包括水箱液位控制和水温控制，因为这个原因所以实验过程十分缓慢，一次实验需要20分钟的计时时间，所以需要我们静下心来，耐心的进行实验，并将数据认真的记录下来。
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