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过程控制实验指导书

授课学时：16课时

授课专业：自动化

授课教师：姜倩倩

过程控制实验项目一览表 ................................ 错误!未定义书签。实验一：一阶系统数学模型的建立 ........................ 错误!未定义书签。实验二： PID控制器参数自整定.......................... 错误!未定义书签。实验三水箱液位PID控制 .............................. 错误!未定义书签。实验四水箱压力的PID调节控制 ........................ 错误!未定义书签。实验五串级水位控制系统设计 ......................... 错误!未定义书签。实验六前馈-反馈控制系统仿真实验 ..................... 错误!未定义书签。实验七单片机液位控制系统 ............................ 错误!未定义书签。实验八单容液位PLC控制 .............................. 错误!未定义书签。

过程控制实验项目一览表

实验参考书：

https://www.wendangku.net/doc/b41868519.html,GK-1型操作说明书.实验指导书

实验一：一阶系统数学模型的建立

一、实验目的

1．熟悉利用计算法建立系统一阶惯性环节加纯迟延的近似数学模型的方法； 2．学会利用MATLAB/Simulink对系统建模的方法。

二、实验设备

安装Windows系统和MATLAB软件的计算机一台。

三、实验内容

已知某液位对象，在阶跃扰动量时，其响应的试验数据如下：t/s01020406080100140180250300400500600700800

h/mm0020若将液位对象近似为一阶惯性环节加纯迟延，试利用计算法确定其增益K、时间常数T和纯迟延时间τ。

四、实验步骤

1．首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K。

2．根据系统近似为一阶惯性环节加纯迟延的计算法，编写MATLAB程序。

执行所编写程序可得如下结果：

T = tao =

则系统近似为一阶惯性环节加纯迟延的数学模型为

3．首先建立如图所示的Simulink系统仿真框图，并将阶跃信号模块（Step）的初始作用时间(Step time)和幅值(Final value)分别改为0和20后，以文件名（.mdl）将该系统保存。

)(=

然后在MATLAB窗口中执行以下命令，得原系统和近似系统的单位阶跃响应曲线。

’

xlabel('时间t/s');

ylabel('液位h/mm');

legend('原系统','近似系统');

五、实验报告要求

1．比较原系统和近似系统的单位阶跃响应，并分析误差大小。

2．分析误差原因。

3．根据附录实验报告格式和以上要求写出实验报告。

实验二： PID 控制器参数自整定

一、实验目的

1．熟悉PID 控制器参数的自整定法；

2．学会利用MATLAB/Simulink 和自整定法对控制器参数进行整定。二、实验设备

安装Windows 系统和MATLAB 软件的计算机一台。三、实验内容

已知广义被控对象的传递函数为：

s p e s s G 180)

1360(8

)(-+=

试利用Simulink 中的NCD Outport 模块（适用于）、Simulink Response Optimization 中的Signal Constraint （适用于）或Signal Constraint 模块（适用于），对系统采用PID 调节规律时的PID 控制器进行参数自整定，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。四、实验步骤

1．利用NCD Outport 模块，建立如图所示PID 控制系统的Simulink 参数优化模型。

2．在系统模型窗口中，首先打开阶跃信号（Step ）模块的参数对话框，并将初始时间改为0；然后执行Simulation?Simulation parameters 命令，将仿真的停止时间设置为2000，其余参数采用默认值。

3．在MATLAB窗口中利用以下命令对PID控制器的初始值进行任意设置：

>>Kc=; Ti=; Td=;

4.根据系统给定的时域性能指标设置阶跃响应特性参数.

在系统模型窗口中，用鼠标双击 NCD Outport(Signal Constraint)模块，即打开一个NCD Outport(Signal Constraint)模块的时域性能约束窗口，

NCD Outport模块的时域性能约束窗口

在NCD Outport(Signal Constraint)模块的时域性能约束窗口中，执行Options(goals)Step response(Desired Response)命令，打开设置阶跃响应特性约束参数的设置窗口。在该窗口中，设置阶跃响应曲线的调整时间(Settling Time)为600、上升时间(Rise Time)为350、超调量(Percent over shoot)为20和阶跃响应的优化终止时间（Final time）为2000，其余参数采用默认值，

5、设置优化参数

在本例中为进行PID控制器的优化设计，将PID控制器的参数Kc、Ti和Td

作为NCD Outport(Desired Response)模块的优化参数，故首先利用Optimization Parameters（Tuned Parameters）命令，打开设置优化参数（Optimization Parameters）的窗口。然后在该窗口中的优化变量名称（Tunable Varables）对话框中填写：Kc,Ti,Td（各变量间用西文逗号或空格分开），其余参数采用默认值，如图4-34所示。最后单击该窗口中的【Done】按钮接收以上数据。（add）

6、开始控制器参数的优化计算

在完成上述的参数设置过程后，用鼠标单击NCD Outport模块的时域性能约束窗口中的【Start】按钮，便开始对系统中的PID控制器模块的参数进行优化计算。在优化计算过程中，系统的响应曲线变化情况在时域约束窗口中显示，

7、优化结束后，在系统模型窗口图中，再次启动仿真，在示波器中便可得到如图4-36所示的单位阶跃响应曲线。该曲线应该就是图4-35中优化结束后的最优曲线。由此可见，PID控制器参数进行优化后，系统的动态性能指标完全满足设计要求。在MATLAB窗口中利用以下命令，便可得到PID控制器的优化参数。

>>Kc,Ti,Td

五、实验报告要求

1．根据系统的单位阶跃响应曲线，估计系统在PID控制时阶跃响应的超调量和过渡过程时间大约为多少

2．说明利用Simulink对PID控制器参数自整定时的优缺点。

3．根据附录实验报告格式和以上要求写出实验报告。

实验三水箱液位PID控制

一、实验目的

1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。

3）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。

4）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。

5）、掌握临界比例度法整定调节器的参数。

6）、掌握4：1衰减曲线法整定调节器的参数。

二、实验设备

1）、THGK-1型过程控制实验装置：

GK-03、GK-04 GK-06 GK-07-2

2）、万用表一只

3）、秒表一只

4）、计算机系统

三、实验原理

1、单容水箱液位控制系统

图6-1、单容水箱液位控制系统的方块图

图6-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单

回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等

于给定值所要求的高度；减小或消除来自系统内部

或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、

投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，

故它在过程控制中得到广泛地应用。

当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质

量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合

适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，

控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，

甚至使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系

统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。

一般言之，用比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，

而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI ）调节器，由于

积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，T i 选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID ）调节器是在PI 调节器的基础上再引

入微分D 的作用，从而使系

统既无余差存在，又能改善图6-3、P 、PI 和PID 调节的阶跃响应曲线系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P 、PI 、PID 调节系统的阶跃响应分别如图6-3中的曲线①、②、③所示。

2、双容水箱液位控制系统

图7-1、双容水箱液位控制系统的方框图

图7-1为双容水箱液位控制系统。这是一个单回路控制系统，有两个水箱相串联，控制的目的是既要使下水箱的液位高度等于给定值所期望的值，又要具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能主要取决于调节器GK-04的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P ）调节器去控制，系统有余差，且与比例度近似成正比，若用比例积分（PI ）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数δ和T i 选择的合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID ）调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分D 的控制作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。

四、实验内容与步骤

t(s)

T( c)

0e ss

1、单容水箱液位控制系统

（一）、比例（P）调节器控制

1）、按图6-1所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被

。

控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h

2）、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。

3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。

4）、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。

5）、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的位置，比例度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的位置，调节器的“手动”开关拨到“自动”位置），让系统投入闭环运行。

6）、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）。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。

7）、减小δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

8）、增大δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

9）、选择合适的δ值就可以得到比较满意的过程控制曲线。

10）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。

（二）、比例积分调节器（PI）控制

1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处“关”旋至中间某一位置，并把积分开关置于“开”的位置），观察被控制量是否能回到设定值，以验证在PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。

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

量输出的动态波形，并列表记录不同δ值下的超调量σp。

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。

（三）、比例积分微分调节（PID）控制

1）、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D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验步骤（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。

2）、选择合适的δ、T i和T d，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50%突变至60%来实现）。

3）、用计算机记录实验时所有的过渡过程实时曲线，并进行分析。

2、双容水箱液位控制系统

（一）、比例（P）调节器控制

1）、按图7-1所示，将系统接成单回路反馈控制系统（接线参照实验一）。其

。

中被控对象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度h

2）、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。

3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。

4）、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。

7）、减小δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

8）、增大δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

9）、选择合适的δ值就可以得到比较满意的过程控制曲线。

10）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。

（二）、比例积分调节器（PI）控制

1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处旋至中间某一位置，并把积分开关置于“开”的位置），观察被控制量是否能回到设定值，以验证在PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。

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

量输出的动态波形，并列表记录不同δ值下的超调量σp。

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。

（三）、比例积分微分调节器（PID）控制

2）、选择合适的δ、T i和T d，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50%突变至60%来实现）。

3）、用秒表和显示仪表记录一条较满意的过渡过程实时曲线。

（四）、用临界比例度法整定调节器的参数

在实际应用中，PID调节器的参数常用下述临界比例度法来确定。用临界比例

度法去整定PID 调节器的参数既方便又实用。它的具体做法是：

1）、待系统稳定后，将调节器置于纯比例P 控制。逐步减小调节器的比例度δ，并且每当减小一次比例度δ，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现如图7-4所示的等幅振荡。图

图7-3、具有比例调节器的闭环系统

2）、在图7-3所示的系统中，当被调量作等幅振荡时，此时的比例度δ就是临

界比例度，用δk 表示之，相应的振荡周期就是临界周期T k 。据此，按下表所列出的经验数据确定PID 调节器的三个参数δ、

T i 和T d 。

图7-4、具有周期T K 的等幅振荡

3）是根据大量实验而得出的结论。若要获得更满意的动态过程（例如：在阶跃作用下，被调参量作4：1地衰减振荡），则要在表格给出参数的基础上，对δ、T i （或T d ）作适当调整。

（五）、用衰减曲线法整定调节器的参数：与临界比例度法类似，不同的是本方法

先根据由实验所得的阻尼振荡衰减曲线（为4 :1），求得相应的比例度δs 和曲线的振荡周期Ts ，然后按表五给出的经验公式，确定调节器的相关参数。对于4:1衰减曲线法的具体步骤如下：

1）、置调节器积分时间Ti 到最大值（Ti=∞），微分时间Td 为零(Td=0)，比例度δ为较

大值，让系统投入闭环运行。

2）、待系统稳定后，作设定值阶跃扰图7-5 4:1衰减响应曲线

动，并观察系统的响应。若系统响应衰

减太快，则增大比例度；反之，系统响

应衰减过慢，应减小比例度。如此反复

直到系统出现如图7-5所示4:1的衰减振荡过程。记下此时的比例度δs和振荡周期 Ts的数值。

3）、利用δs和Ts值，按表五给出的经验公式，求调节器参数δ、Ti和Td数值。

五、实验报告要求

1）、绘制单/双容水箱液位控制系统的方块图。

2）、用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。

3）用临界比例度法和衰减曲线法分别计算P、PI、PID调节的参数，并分别列出系统在这三种方式下的余差和超调量。

4）、P调节时，作出不同δ值下的阶跃响应曲线。

5）、PI调节时，分别作出Ti不变、不同δ值时的阶跃响应曲线和δ不变、不同T i值时的阶跃响应曲线。

6）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。

7）、比较P、PI和PID三种调节器对系统余差和动态性能的影响。

六、注意事项

1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。

2）、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。

3）、若参数设置不当，可能导致系统失控，不能达到设定值。

七、思考题

1）、如何实现减小或消除余差纯比例控制能否消除余差

）。的变化2）、试定性地分析三种调节器的参数δ、（δ、T i）和（δ、T i和T

对控制过程各产生什么影响

3）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作

4）、为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定

5）、有人说：由于积分作用增强，系统会不稳定，为此在积分作用增强的同时应增大比例度δ，你认为对吗为什么

6）、试用控制原理的相关理论分析PID调节器的微分作用为什么不能太大

7）、为什么微分作用的引入必须缓慢进行这时的比例度δ是否要改变为什么8）、调节器参数（δ、T i和T d）的改变对整个控制过程有什么影响

实验四水箱压力的PID调节控制

一、实验目的

1）、了解压力传感器的结构原理及使用方法。

2）、研究单回路压力PID控制系统。

3）、掌握手动/自动无扰动切换的方法。

4）、学会用反应曲线法对PID参数进行整定。

二、实验装置

1）、TKGK-1 型过程控制实验装置：

PID调节器GK-04、变频器GK-07-2

2）、计算机及监控软件

三、实验原理

1、压力传感器变送原理简介

1）、扩散硅压力传感器

扩散硅压力传感器是利用单晶硅的压阻效

应，采用IC工艺扩散四个等值应变电阻，组成

惠斯登电桥，不受压力作用时，电桥处于平衡

状态；当受到压力（或压差）作用时，电桥的

一对桥臂电阻变大，另一对变小，电桥失去平

衡。若对电桥加一恒定的电压，便可检测到对

应于所加压力的电压信号，从而到达测量液体、

图1 惠登斯电桥

气体压力大小的目的。

随着传感器制造工艺水平的提高，具有内部温度补偿和校准的高精度，高灵敏度的硅压力传感器已广泛应用于气体压力测量和液位、压力控制系统。

本装置采用的MPX2010DP 型传感器，则是在芯片上集成了一个激光敏感调节电

阻，用以偏置校准和温度补偿，它由单个X 型压敏电阻代替了以往由4个电阻组成的惠斯登电桥。

MPX2010DP 的压力范围为：0~10Kpa,灵敏度为：±(1mmH 2O)。 2)、压力传感器变送原理

空气管传感方式：将一根管子（如橡皮或塑料）竖直立起，其一端放于液体容器中，另一端完全敞开，则管子里面的液面与容器中的是完全相同的。若将管子的上端封住（如接到MPX2010DP 的压力面），管子内就会留有一定体积的气体。当容器内液位变化时，管内空气的压力将会成比例地变化。 2.单回路压力控制系统方框图

单回路压力控制系统如图2所示。系统如要实现无扰动地由手动操作切换到自动运行，则要求调节器自动地跟踪手动输出，且要在切换时使用测量值与给定值无偏差存在。

改变PID

调节器参数δ、Τi 和Τd 可以影响系统的闭环特性，从而改变控制系统的控制品质。整定调节器参数通常有临界比例度法、衰减振荡法。由于本系统的被控对象是一阶惯性环节、且时间滞后很小，所以很难产生振荡曲线，因此我们在这里采用反应曲线法来整定系统的参数。

四、实验内容与步骤

1、按图9-1所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱，被控制量是上水箱的液体压力。

图2 单回路压力控制系统

图3 单容水箱压力控制系统结构图

2、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点和增益。

3、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线做好准备。

4、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。

5、反复调节手动输出值，使给定值与反馈值基本上保持相等且稳定后，把手动开关拨到自动，实现无扰动切换。

6、用反应曲线法整定系统参数： 1）、将调节器置于手动状态，并使调节器输出一个阶跃信号，记录被控制量压力的响应曲线如图9-4所示。有该图可确定τ、Τ和Κ，其中Κ按下式确定：

Κ=y(∞)- y(0)/ Χ0 (式中Χ0为给定值)

根据所求的Κ、Τ和τ，利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4:1时调节器的相关参数。

反应曲线法整定计算公式

调节器参数控制规律

δ（%） Τi Τd

P Κτ/Τ PI Κτ/Τ τ

PID

Κτ/Τ

2τ

五、实验报告要求

1）、写出常规的实验报告内容。 2）、叙述无扰动切换的方法。

六、思考题

1）、实验时为什么不能实现系统的手动/自动完全无扰动切换，应该怎样才能实现完全无扰动切换

2）、为什么要强调无扰动切换它能满足过程控制生产中的哪些要求

图4 阶跃响应曲线

3）、与衰减曲线法和临界比例法相比，反应曲线有什么优缺点

实验五串级水位控制系统设计

一、实验目的

1）、熟悉串级控制系统的结构与控制特点。 2）、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。 3）、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备

1）TKGK-1型过程控制实验装置：变频调速器(GK-07-2) 直流调速器(GK-06)

模拟PID 调节器（GK-04）二台

2）万用电表一只、计算机系统和GK-03

三、实验原理

图12-1、液位串级控制系统的方框图

1、串级控制系统的组成

图12-1为一液位串级控制系统的方框图（图12-2为其结构图）。这种系统具有2个调节器，主、副两个被控对象，2个调节器分别设置在主、副回路中。设在主回路的调节器称为主调节器，设在副回路的调节器称为副调节器。两个调节器串联连接，主调节器的输出作为副回路的给定量，副调节器的输出去控制执行元件。主对象的输出为系统的被控制量h 2，副对象的输出h1是一个辅助的被控变量。

2、串级系统的抗干扰能力串级系统由于增加了副回路，因而对于进入副回路的干扰具有很强的抑制作用，使作用于副环的干扰对主变量的影响大大减小。主回路是一个定值控制系统，而副回环是一个随动

变频器

上水箱主对象

副调节器

下水箱h（高度）

V g 给定值

液位变送器1e

主调节器

副对象

液位变送器2

GK-06

执行元件

扰动手动

PID1PID2GK-07

GK-04

控制。在设计串级控制系统时，要求系统副对象的时间常数要远小于主对象。此外，为了保证系统的控制精度，一般要求主调节器设计成PI或PID调节器，而副调节器则一般设计为比例P控制，以提高副回路的快速响应。在搭实验线路时，要注意到两个调节器的极性（目的是保证主、副回路都是负反馈控制）。

3、串级控制系统与单回路的控制系统相比

串级控制系统由于副回路的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间

常数减小，系统的工作频率提高，从而改善了系统的动态性能，使系统的响应加快。同时，由于串级系统具有主副两只调节器，使它的开环增益变大，因而使系统的扰干扰能力增强。

4、串级控制系统的参数整定

串级控制系统中两个控制器的参数都需要进行整定，其中任一个控制器任一参数值发生变化，对整个串级系统都有影响。因此，串级控制系统的参数整定要比单回路控制系统复杂。常用的整定方法有：逐步逼近法、一步整定法、两步整定法。

四、实验步骤

1）按图12-1和图12-2，连接好实验线路，并进行零位与增益的调节。

2）正确设置PID调节器的开关位置：

副调节器：纯比例（P）控制，反作用，自动，K

（副回路的开环增益）较大。

主调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，K

C1〈 K

（K

主回路开环增

益）。

3）利用一步整定法整定系统：

a、先将主、副调节器均置于纯比例P调节，并将副调节器的比例度δ调到30%左右。

b、将主调节器置于手动，副调节器置于自动，通过改变主调节器的手动输出值使下水箱液位达到设定值。

c、将主调节器置于自动，调节比例度δ，使输出响应曲线呈4:1衰减，记下δs和Ts，据此查表求出主调节器的δ和Ti值。

（注）：阀4的开度必须小于阀2的开度实验才能成功。

五、实验报告要求

1）、记录实验过程曲线。

2）、扰动作用于主、副对象，观察对主变量（被控制量）的影响。

3）、观察并分析副调节器K

的大小对系统动态性能的影响。

4）、观察并分析主调节的K

P 与T

对系统动态性能的影响。

六、思考题

1）、试述串级控制系统为什么对主扰动具有很强的抗扰动能力如果副对象的时间常数不是远小于主对象的时间常数时，这时副回路抗扰动的优越性还具有吗为什么

2）、采用一步整定法的理论依据是什么

3）、串级控制系统投运前需要做好那些准备工作主、副调节器的内、外给定如何确定正、反作用如何确定

4）、为什么副调节器可以不设计为PI调节器

5）、改变副调节器比例放大倍数的大小，对串级控制系统的扰动能力有什么影

过程控制系统实验报告材料(最新版)

实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1)

动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。式(5)就是单容水箱的传递函数。对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)

式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为：四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。

PLC实验指导书

PLC综合实验课题 1.总体要求：对每一课题必须绘制运行工序图，设计的PLC控制系统包括：PLC I/O分配、控制线路图设计、梯形图设计；将设计的PLC程序利用手持式编程器送入PLC 并调试通过，符合课题提出的控制要求后，提交现场验收。实验报告书在提交上述内容的基础上，还要讨论调试心得。 2.实验课题课题一：小车往返运动控制小车往返运动情况参如图1。 SQ1 SQ2SQ3 图 1 初态：小车启动前位于导轨的中部（如图1中位置）。系统运行要求如下：1）按启动按钮SB1，小车前进，到SQ1处停车，延时5s后小车后退； 2）小车后退至SQ2处停车，延时5S后第二次前进，到SQ3处后再次后退； 3）后退至SQ2处停车。要求：设计PLC控制系统，必须采用基本逻辑指令编程。课题二：三台电机顺序控制三台电机顺序控制要求如下：M1运行10S 后停止，M2自行启动；M2运行5S 后停止，M3自行启动；M3运行5S后停止，M1重新自行启动运行，如此反复三次后所有电机停止运行，指示开始灯闪烁，按停车按钮指示灯闪烁停。要求：设计PLC控制系统，必须采用基本逻辑指令编程。

课题三：机械手PLC 控制悬挂式机械手结构示意图如图3 。图 3 SQ1 SQ4 机械手工作控制方式分手动、单步、单周期和连续控制，控制方式采用转换开关进行，（手动时X6=ON ，单步时X7=ON ，单周期X10=ON ，连续X11=ON ）。连续操作过程如下：机械手必须在原位（图3中A 点），按启动按钮SB1，机械手开始动作：下降→夹紧（电磁阀得电）→上升→右行→下降→放松（电磁阀失电）→上升→左行回到原位→下降（循环执行）连续操作过程中按停止按钮SB2，必须完成一个工作循环回到A 点后停止运行。单周期操作：机械手在原位，按启动按钮，机械手工作一个周期后停在原位。单步操作：机械手在原位开始，按一次启动按钮，机械手自动完成一步后自动停止，再按一次启动按钮机械手自动完成下一步后自动停止…… 手动操作是指机械手的上升/下降、右行/左行、夹紧/放松可以用按钮单独操作，工作方式采用转换开关进行选择，具体控制要求如下： X20=ON ：按住启动按钮SB1，机械手左行；按住停止按钮SB2，机械手右行； X21=ON ：按住启动按钮SB1，机械手上升；按住停止按钮SB2，机械手下降； X22=ON ：按住启动按钮SB1，机械手夹紧；按住停止按钮SB2，机械手放

控制工程基础实验指导书(答案)

控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印

（内部教材）

实验项目名称: （所属课程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: （以下为实验报告正文）、实验目的简述本实验要达到的目的。目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。五、实验结果

给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。格式如下作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码

实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。二、实验仪器、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;

、各种长度联接导线。三、实验原理运放反馈连接基于图中点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。、比例环节实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器以运算放大器为核心元件，由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图所示。图中和为复数阻抗，它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器得:

《控制系统CAD》实验指导书

《控制系统CAD及仿真》实验指导书自动化学院自动化系

实验一SIMULINK 基础与应用一、实验目的 1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法； 2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法； 4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。二、实验内容： 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为： 1000 ()(0.11)(0.0011) G s s s s = ++ 应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。 2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为： 1 ()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N =+ + 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。三、预习要求：利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。

实验二控制系统分析一、实验目的 1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析 2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析 5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析二、实验内容： 1、时域分析（1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统的性能指标。 8 106) 65(5)(2 32+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响应曲线。 4 5104 2)(2 321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 ?? ??????????--=????? ???? ???212107814.07814.05572.0x x x x []?? ????=214493 .69691.1x x y ??? ???=01)0(x 2、频域分析设线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)、2G (s)和3G (s)，将它们的Bode 图绘制在一张图中。 151)(1+= s s G ，4 53.0)(22++=s s s G ，16.0)(3 +=s s G 3、根轨迹分析根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的K 值范围。 ) 2)(1()()(++= s s s K s H s G

过程控制实验报告

过程控制实验实验报告班级:自动化1202 姓名:杨益伟学号:120900３21 2015年１0月信息科学与技术学院实验一过程控制系统建模作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

2、自衡单容过程得阶跃响应实例已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

机电传动控制实验指导书(最新)

机电传动控制实验指导书实验一、继电—接触器控制三相异步电动机一、实验目的 1．熟悉继电—接触器断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握三相异步电动机主回路和控制回路的接线方法； 3．了解继电—接触器断续控制电路的组成二、实验使用仪器、设备 1．DB电工实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。三、实验要求实现三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，才能起动M2； (3) 停车时，M2停止后，才能停M1； (4) 具有短路和过载保护； (5) 画出主电路和控制电路。四、实验参考电路

五、实验步骤 1．按布局图要求将各元器件定位； 2．按接线图要求，以正确的规格电线连接各器件；3．按接线图要求，连接电动机的定子线圈； 4．自查并互查连接线； 5．合上电源，调试电路； 6．观察电动机的运行情况。六、实验注意事项 1．操作前切断总电源； 2．接线完毕，必须检查接线情况，并做好记录；3．在指导老师认可后，方能接通电源。七、思考题 1．熔断器与热继电器可否省去其中任何一个？为什么？2．熔断器与热继电器的规格可否随意选择？为什么？3．连接电线的规格可否随意选择？为什么？ 4．交流接触器可否带直流负载？为什么？

实验二、PLC控制三相异步电动机一、实验目的 1．了解PLC——AC电动机断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握继电—接触器逻辑电路与PLC梯形图的转换方式； 3．熟悉PLC控制系统的接线方法； 3．了解PLC断续控制电路的组成。二、实验使用仪器、设备 1．PLC模拟实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。三、实验要求实现PLC对三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，延时5分钟再可起动M2； (3) 停车时，M2停止后，延时2分钟再可停M1； (4) 主电路同实验一。四、实验参考电路与梯形图 1．电路

控制工程基础实验指导书(答案) 2..

实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台； 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台； 3、数字万用表一只； 4、各种长度联接导线。三、实验原理图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。图2-1 二阶系统原理框图

图2-1 二阶系统的模拟电路由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。（1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线（2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(

PLC控制系统实验指导书(三菱)(精)

电气与可编程控制器实验指导书实验课是整个教学过程的—个重要环节.实验是培养学生独立工作能力,使用所学理解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。一 LC控制系统实验的目的和任务实验目的 1.进行实验基本技能的训练。 2.巩固、加深并扩大所学的基本理论知识,培养解决实际问题的能。 3.培养实事求是、严肃认真,细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。为将来从事生产和科学实验打下必要的基础。 4.直观察常用电器的结构。了解其规格和用途,学会正确选择电器的方法。 5.掌握继电器、接触器控制线路的基本环节。 6.初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。应以严肃认真的精神,实事求是的态度。踏实细致的作风对待实验课,并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神二实验方法做一个实验大致可分为三个阶段,即实验前的准备;进行实验;实验后的数据处理、分及写出实验报告。 1.实验前的准备实验前应认真阅读实验指导书。明确实验目的、要求、内容、步骤,并复习有关理论知识,在实验前要能记住有关线路和实验步骤。进入实验室后,不要急于联接线路,应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好,了解各种电器的结构、工作原理、型号规格,熟悉仪器设备的技术性能和使用

方法,并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时,应立即请指导教师检查处理,以保证实验顺利进行。 2. 联接实验电路接线前合理安排电器、仪表的位置,通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当,以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用,其长度要适当。每个联接点联接线不得多余两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时,联接导线只需要去掉绝缘层,导体部分直接插入即可,当垫片为圆形时,导体部分需要顺时针方向打圆圈,然后将螺钉拧紧,下允许有松脱或接触不良的情况,以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长。以免相邻两相间造成短路,产生不必要的故障。联接电路完成后,应全面检查,认为无误后,请指导老师检查后,方可通电实验。在接线中,要掌握一般的控制规律,例如先串联后并联;先主电路后控制电路;先控制接点,后保护接点,最后接控制线圈等。 3.观察与记录观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤,必须认真对待。进行特性实验时,应注意仪表极性及量程。检测数据时,在特性曲线弯曲部分应多选几个点,而在线性部分时则可少取几个点。进行控制电路实验时。应有目的地操作主令电器,观察电器的动作情况。进一理解电路工作原理。若出现不正常现象时,应立即断开电源,检查分析,排除故障后继续实验。注意:运用万用表检查线路故障时,一般在断电情况下,采用电阻档检测故障点;在通电情况下,检测故障点时,应用电压档测量(注意电压性质和量程;此外,还要注意

计算机过程控制实验报告

实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案：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 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。）调整水箱出口到一定的开度。突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。通过物料平衡推导出的公式： μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ，其中，F 是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 0 2= 就是水阻。如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： ) 1()(0 += TS S KR S G 。相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、实验步骤： 1) 在现场系统A3000-FS 上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源，调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。给定值图1 单容水箱液位数学模型的测定实验

实验38三相异步电动机顺序启动控制

实验三十八三相异步电动机顺序启动控制一、实验目的 1、通过各种不同顺序控制的接线，加深对一些特殊要求机床控制线路的了解。 2、进一步加深学生的动手能力和理解能力，使理论知识和实际经验进行有效的结合。三、实验方法 1、三相异步电动机起动顺序控制（一）：按图38-1接线。因每台实验装置只配一只电机和热继电器，故须用灯组负载来模拟M2，FR2不接。图中U、V、W为实验台上三相调压器的输出插孔。 (1) 将调压器手柄逆时针旋转到底，启动实验台电源，调节调压器使输出线电压为220V。 FR1 图 38-1 起动顺序控制（一）

(2) 按下SB 1，观察电机运行情况及接触器吸合情况。 (3) 保持M 1运转时按下SB 2，观察电机运转及接触器吸合情况。 (4) 在M 1和M 2都运转时，能不能单独停止M 2? (5) 按下SB 3使电机停转后，按SB 2，电机M 2是否起动？为什么？图38-2 起动顺序控制（二） 2、三相异步电动机起动顺序控制（二）：本实验须将两台实验装置的配件合并才能实施。按图38-2接线。图中U 、V 、W 为实验台上三相调压器的输出插孔。 (1) 将调压器手柄逆时针旋转到底，启动实验台电源，调节调压器使输出线电压为220V 。 (2) 按下SB 2，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (3) 再按下SB 4，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (4) 单独按下SB 3，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (5) 在M 1与M 2都运行时，按下SB 1，观察电机及各接触器运行状态。四、讨论题 1、画出图38-1、38-2的运行原理流程图。 2、比较图38-1、38-2二种线路的不同点和各自的特点。 3、例举几个顺序控制的机床控制实例，并说明其用途。 FR

《控制系统计算机仿真》实验指导书

实验一 Matlab使用方法和程序设计一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法二、实验内容 1、帮助命令使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法； 2、矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B （2）矩阵除法已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B （3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' （4）使用冒号选出指定元素已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；（5）方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 3、多项式（1）求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根（2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 4、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π] （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π] 5、基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线（3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+?+n<2000时的最大n值；（2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。三、预习要求利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。

过程控制系统实验指导书解析

过程控制系统实验指导书王永昌西安交通大学自动化系 2015.3

实验一先进智能仪表控制实验一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。

SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。（2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。（3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式

过程控制实验报告

东南大学自动化学院实验报告课程名称：过程控制实验实验名称：水箱液位控制系统院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：

目录一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)

一、系统概论 1.1实验设备图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器：功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器：型号15WZ-10，单相电容运转马达最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V，电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计：口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V，标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书(详)

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线

过程控制系统实验报告

《过程控制系统实验报告》院－系：专业：年级：学生姓名：学号：指导教师： 2015 年6 月

过程控制系统实验报告部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日姓名学号班级成绩实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。三、实验原理 (1)控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。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。控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。五、实验结果记录及处理六、实验心得体会：比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。

控制工程-实验指导书-修订版

《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9

目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录：Matlab基础知识 (14)

实验1 MATLAB 时域分析实验一、实验目的 1．利用MATLAB 进行时域分析和仿真。要求：(1)计算连续系统的时域响应（单位脉冲输入，单位阶跃输入，任意输入）。 2．掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。二、实验内容 1．已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++，试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response

单回路控制系统实验过程控制实验指导书

单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃

给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。（一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。图3-4 中水箱单容液位定值控制系统

《过程控制系统》实验报告

《过程控制系统》实验报告学院：电气学院专业：自动化班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3

实验一、单容水箱特性测试一、实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。二、实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。三、实验原理图1 单容水箱特性测试结构图由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关

系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函数如式（2-5）所示。如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间

PLC对三台电动机可逆顺序启动控制实验

PL C对三台电动机可逆顺序启动控制实验吕以全　赵　勇 (天津理工学院自动化工程系　天津:300191)Ξ 摘　要　介绍PL C专用指令——可逆寄存器微分@SFTR指令及可逆寄存器SFTR指令,完成对3台电动机可逆顺序启动带负载控制的电工技术实验。关键词　PL C　可逆顺序启动　指令 0　引　言 PL C在电工技术实验中的一项内容是利用可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令,分别完成对3台电动机可逆顺序启动控制带负载实验。通过该实验使同学们深刻了解所使用的可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令的共同点都是具有控制数据左、右移动功能;而其不同处是应该注意到使用可逆寄存器SFTR指令时,要加前沿微分D IFU(013)指令而可逆寄存器微分@SFTR是不需要的。实验所用的电动机容量为0125k W,采用直接启动。3台电动机每台可逆顺序启动的时间间隔为2秒。3台电动机首先正转顺序启动,启动结束转为正常运行。正常运行的时间定为10秒,停止时间定为5秒。3台电动机再反转顺序启动,启动结束转为正常运行。正常运行的时间定为10秒,停止时间定为5秒。实验要求按照上述顺序反复运行。实验所使用的PL C为OM RON-CPM2A-CDR-A型机。 1　@SFTR(084)指令可逆顺序控制 111　PL C I O口设置 1)在PL C输入端00通道中设定00000为总启动按钮,00001为总停止按钮,且均为点动按钮。 2)在PL C输出端的10通道中的01000控制1#电动机;01001控制2#电动机;01002控制3#电动机。 3)按动00000总启动按钮,3台电动机可逆顺序启动;按动停止按钮00001,三台电机全部停转。112　软件程序 11211　正向电机顺序启动 (1)利用可逆寄存器指令@SFTR(084)完成对三台电动机延时顺序启动控制程序,如图1所示。图1　@SFTR(084)指令对三台电动机可逆顺序启动控制梯形图 (2)按动总启动点动按钮,锁存指令KEEP (011)将I R中的04000的逻辑线圈通电并锁存。 (3)可逆寄存器微分指令@SFTR(084)利用I R 中的030CH的12逻辑线圈的通断状态,使得03012逻辑触点O FF ON,从而控制3台电动机可逆方向,即03012逻辑线圈通过计数器CN T002的逻辑常闭触点,使得03012逻辑线圈接通,03012逻辑常开触点闭合,可逆寄存器微分指令@SFTR(084)左移,三台电动机为正向顺序启动控制。第23卷第4期2001年8月电气电子教学学报 JOU RNAL O F EEEE V o l.23N o.4 A ug.2001 Ξ收稿日期:2001年4月4日

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