实验一单容过程的数学模型建立与控制Word格式文档下载.docx

实验一单容过程的数学模型建立与控制Word格式文档下载.docx

《实验一单容过程的数学模型建立与控制Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一单容过程的数学模型建立与控制Word格式文档下载.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学号：

指导老师：

实验一、单容过程的数学模型建立与控制

a）单容水箱液位数学模型

1实验目的与要求

了解液位容积特性，熟悉实验法建模的具体方法。

1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。

2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

2实验设备及工艺流程

1、实验设备：

A1000对象系统

（1）泵

（2）水泵调速器：

工作电源24VAC，控制信号2-10VDC

（3）液位变送器：

量程为0-100,输出信号4-20mA。

2、系统组成

液位容积（含水泵调速器）特性测量流程图如图3.2.1所示。

3操作步骤和调试

步骤如下：

1、QV112全开，QV116打开45度左右（由于开度不同，特性也有差异），其余阀门关闭。

2、将LT101连到AI0输入端，AO0输出端连到U101（手动输出）。

3、工艺对象上电，控制系统上电，启动U101（P101）。

4、启动组态软件，选择“单容液位PID控制”。

设定U101控制20~30%，等待系统稳定。

液位和流量稳定在某个值。

注意观察液面，不能太低，否则不算稳定。

5、设定U101控制增加2~5%，记录水位随时间的数据，到新的稳定点或接近稳定。

如果阶跃太大，可能导致溢出。

6、抓图，若液位太低或者溢出，可以修改QV116开度，重复4和6步。

7、将系统输出设定值置为0，关闭系统，分析数据

4实验结果与思考

系统稳定时的截图：

控制量从30%上升到35%，液位从50%上升到80%。

按照60%变动，则从52%高度画线。

从开始变化到70%变动范围时间

Tc就是171秒。

增益K=（70-50）/（35-30）=4

b）单容液位PID控制

1.实验目的与要求

了解PID控制特点，掌握PID的调节规律；

通过实验，掌握PID参数的整定。

3、分别用P,PI,PD,PID整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。

（1）水泵U102（P102）

（3）液位传感器：

量程为0-100%,输出信号4-20mA。

单容水箱液位PID控制流程图如图3.2.1所示，采用右边支路进行实验，左边支路也是一样的。

测点清单如表3.2.1所示。

每个实验的实验步骤都列出在实验界面的左边，可供参考。

下面仅给出单容液位控制的操作步骤。

注意：

A1000垂直双容需要打开中间阀门，需要高液位一端的液位不能低于阀门。

1、打开手阀QV112，调节QV116开度（如果你希望控制量范围50-70%，则要开很大，否则开少一些），其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将水箱液位LT101输出连接到AI0，电动调速器U101控制端连到AO0。

（实验前系统已连接，检查连接情况）

4、打开设备电源。

5、启动计算机组态软件，进入实验项目界面。

启动调节器，设置各项参数。

启动右边水泵U101（P101）和调速器。

6、系统稳定后可将调节器的手动控制切换到自动控制

7、设置比例参数。

观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。

8、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现，也可以通过支路1增加干扰，或者临时改变一下出口闸板的高度）。

记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

9、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

10、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

11、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。

改变设定值（如设定值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。

注意：

每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。

12、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数不是特别大的数。

固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。

13、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。

14、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。

此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来

获得。

15、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。

16、选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现）。

17、将系统输出设定值置为0，关闭系统，

加扰动后：

减小P：

从图中可以看出，减小P以后稳态误差变大。

增大P：

从图中可以看出，增大P之后，稳态误差变小。

加上I：

加上D：

问题：

控制对象是正作用还是反作用，为什么？

因为水流速变大会导致水位上升，故控制对象应为正作用。