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

(a)结构图(b)方框图

图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。

3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制系统”，进入

实验三的监控界面。

4．①在上位机监控界面中把“设定值”设置为一个合适的值（从低位开始每次增加3-4cm，水箱最高水位为15cm）。

②将“P、I”值设置为一个合适的值（50

P）。

,

I

③单击“启动仪表”系统进入运行状态。

5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，使中水箱的液位平衡于设定值，观察记录响应曲线的变化。

6．按经验法或衰减曲线法整定调节器参数，选择P、I控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。合适的PI值可做出4﹕1的响应曲线。

7．待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：

（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面三种仅供参考）

（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度；

（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）

（4）接上变频器电源，并将变频器输出接至磁力泵，然后打开阀门F2-1、F2-4，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图3-6所示。

图3-6 单容水箱液位的阶跃响应曲线-

8．分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。

9．分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4～8，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

（二）、S7-200PLC控制

1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上，并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2，并按照图3-7控制屏接线图连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给S7-200PLC及电动调节阀上电。

3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件，并打开“S7-200PLC”程序进行下载，然后将S7-200PLC置于运行状态，然后运行MCGS组态环境，打开“S7-200PLC 控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容

液位定值控制”，进入实验三的监控界面。

4．以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4～9。

五、实验报告要求

1．画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。

2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。

3．根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。

4．比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。

5．分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。

6．综合分析二种控制方案的实验效果。

六、思考题

1．如果采用下水箱做实验，其响应曲线与中水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。

2．改变比例度δ和积分时间T I对系统的性能产生什么影响？

图3-7 S7-200PLC控制单容液位定值控制实验接线图

实验四

实验项目名称：双容水箱液位定值控制系统

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．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。

2．掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。

4．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。

5．掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容（原理）和要求

本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。要求下水箱液位稳定至给定量，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，以达到控制下水箱液位的目的。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。调节器的参数整定可采用本章第一节控制规律的选择所述的整定方法。本实验系统结构图和方框图如图3-8所示。

图3-8 双容液位定值控制系统

(a)结构图(b)方框图

三、实验主要仪器设备和材料（同前）

四、实验方法、步骤及结果测试

本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象（也可选择上水箱和中水箱）。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全开，将中水

箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），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2-3连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”

的位置。

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。

3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验四、双容液位定值控制系统”，进入实验四的监控界面。

4．①在上位机监控界面中把“设定值”设置为一个合适的值（从低位开始每次增加3-4cm，水箱最高水位为15cm）。

②将“P、I”值设置为一个合适的值（50

P）。

,

I

③点击“启动仪表”，系统进入自动状态。

5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，使中水箱的液位平衡于设定值，观察记录响应曲线的变化。

6．按经验法或衰减曲线法整定调节器参数，选择P、I控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。合适的PI值可做出4﹕1的响应曲线。

7．待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：

（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面三种仅供参考）

（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度；

（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）

（4）接上变频器电源，并将变频器输出接至磁力泵，然后打开阀门F2-1、F2-4，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图3-9所示。

图3-9 水箱液位的阶跃响应曲线

8．分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。

9．分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4～8，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

（二）、S7-200PLC控制

1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上，并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2，并按照图3-11接线图连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给S7-200PLC及电动调节阀上电。

3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件，并打开“S7-200PLC”程序进行下载，然后将S7-200PLC置于运行状态，然后运行MCGS组态环境，打开“S7-200PLC 控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验四、双容液位定值控制”，进入实验四的监控界面。

4．以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4～9。

五、实验报告要求

1．画出双容水箱液位定值控制实验的结构框图。

2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。

3．根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。

4．比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。

5．分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。

6．综合分析二种控制方案的实验效果。

六、思考题

1．如果采用上水箱和中水箱做实验，其响应曲线与本实验的曲线有什么异同？并分析差异原因。

2．改变比例度δ和积分时间T I对系统的性能产生什么影响？

3．为什么本实验比单容液位定值控制系统更容易引起振荡？要达到同样的动态性能指标，在本实验中调节器的比例度和积分时间常数要怎么设置？

过程控制实验指导书

过程控制实验指导书 实验一：对象动态特性 实验目的： 1、学习被控对象动态特性的工程测试方法。 2、掌握被控对象动态特性特征参数的求取方法。 实验要求： 1、预习被控对象有关章节；安排好实验计划；作好前期准备。 2、依据实验曲线求取被控对象动态特性的特征参数。 实验内容： 1、对象的动态特性： 下图为单位阶跃时输入系统输出测试曲线： 曲线1.1

实验报告： ⑴依据曲线1.1、1.2和1.3 求取对象动态特性的特征参数（K 、T 、τ）。由此确定闭环系统模型。 ⑵ 分别确定系统开环传递函数，并分别画出单位负反馈时系统动态结构图。 ⑶用SIMULINK 构建系统，比较仿真曲线与输出测试曲线。 ⑷比较曲线1.1、1.2和1.3，说明不同系统的动态特性在运动形态、特征参数等方面的异同。 实验二：调节器控制规律 实验目的： 1、熟悉SIMULINK 调节器模块的使用方法。 2、掌握调节器控制规律特征参数的整定方法。 实验要求： 1、预习调节器有关章节；安排好实验计划；作好前期准备。 2、用工程测试法绘制调节器的输出特性，求取PID 参数。 实验内容： 被控对象分别为)11.0)(1(2)(1++= s s s G p 和) 11.0(2 )(2+=s s s G p 分别对以上系统，构建下述调节器，研究调节器对输出特性的影响： 1、比例调节器的输出特性： ⑴ 用SIMULINK 构建比例控制系统。 ⑵ 设定值为单位阶跃信号，改变比例调节器的大小，观察对系统的影响。 2、比例积分调节器的输出特性： ⑴用SIMULINK 构建比例积分控制系统。 ⑵设定值为单位阶跃信号，改变比例积分调节器的大小，观察对系统的影响。注意调节器的整定顺序。 3、比例微分调节器的输出特性： ⑴用SIMULINK 构建比例微分控制系统。 ⑵改变比例微分调节器的大小，观察对系统的影响。注意调节器的整定顺序。 4、比例积分微分调节器的输出特性：

过程控制系统实验指导书

过程控制系统 实 验 指 导 书 自动化工程学院自动控制系

实验一实验装置* 学时数：2 实验目的： (1)了解过程控制系统实验装置的总体组成部分。 (2)了解各部分的主要构件及作用。 (3)特别应知道以下内容：各种被控对象的位置、检测元件的位置及 用途、执行器件(动力器件) 的位置及用途、供水管线各阀门与供 水方式间的关系、智能仪表的调节方式及含意。 实验原理: 一概述 “THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC 可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统。 被控对象 实验对象总貌图如图1-1所示： 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW 三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。 检测装置 (1)压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个 水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。采用工业 用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技 术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作 时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。 (2)温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用 来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出 口的水温。Pt100测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送 器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。Pt100传感器精 度高，热补偿性较好。 (3)流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控 制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行 检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，

过程控制装置实验指导书

过程控制装置实验指导书 河北理工大学计控学院 实验中心

目录 实验一DBW热电阻温度变送器的调校 (3) 实验二调节器的认识和校验 (5)

实验一DBW热电阻温度变送器的调校 一、实验目的 1．熟悉和掌握变送器的结构及工作原理 2．学会热电阻温度变送器的零点调整量程调整精度检验方 二、实验仪器及设备 1 DBW—1240型热电阻温度变送器 2 直流电源一台 3 ZX54电阻箱一台 4 电流表一块 三、实验步骤及方法 1 接线： + - 温度变送器接线图

2 零点与量程调整 用直流精密电阻箱代替Rt，根据仪表测量范围调节Rt（本仪表在外壳上已表注为0—100°C范围）,调节电阻箱使其值为相应的下限热电阻值.同时调节调零电位器,使输出为4mA或1V.调节电阻箱使其为上限温度所对应的热电阻值,同时调节量程电位器,使输出为20mA或5V,反复进行多次直到“零点”和“满度”都满族要求为止. 3 精度检验 零点和满度调好后,调节Rt(即电阻箱),分别给出(T上-T下)的0％、25％、50％、75％、100％所对应的热电阻值再加上 R t下，其输出分别为4mA、8mA 、12mA、16mA、20mA.。否则应进行调整或检查出故障予以排除。 4 数据处理 附表：铂电阻分度表，分度号：Pt100 R0=100.00Ω

实验二调节器的认识和校验 一、实验目的 1、熟悉调节器的外型结构，掌握调节器的操作方法，从而进一步理解调节器的工作原理及整机特性。 2、熟悉调节器的功能，了解调节器各可调部件的位置及作用。 3、掌握调节器的主要技术性能的调校、测试方法。 二、实验装置 （一）实验所需仪器、设备 1、调节器 2、电流表 3、直流稳压电源 4、250欧姆电阻 （二）接线端子说明 1 2 端1～5V电压输入端， 2 3 端0.2～1V电压输入端， 2 3 4端热敏电阻输入端， 5 7端4～20mA电流输出端， 9 10端220V电源输入端， 17 18端温度变送输出端。 三、实验指导 1、调节器的主要性能技术指标 输入信号：1～5VDC 外给定信号：0.2～1V 输出信号：4～20mADC 负载电阻：250～750Ω 电源：100 ～240VAC 2、实验注意事项 （1）接线时注意电源的种类、极性，严防接错电源。 （2）通电前应请指导老师确认无误后方可通电。 （3）动手调校前，应搞清调节器各部件的作用，凡实验中未设计的可调元件一律不得擅自调整。 （4）调节器在调校前应预热15分钟。 （5）实验前先准备好实验记录数据表2-2和表2-3，并预习数据处理的各项误差计算公式。 四、实验原理 调节器的主要功能是接受变送器送来的测量信号Vi，并将它与给定信号Vs进行比较得出偏差ε，对偏差ε进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变调节器控制作用的

过程控制实验指导书

北方民族大学 Beifang Ethnic University 《过程装备控制技术应用》课程实验指导书 北方民族大学教务处

北方民族大学 《过程控制技术及应用》课程实验指导书 编著姜国平、刘天霞、汤占歧 校审 北方民族大学教务处 二〇一〇年六月

前言 过程装备控制技术实验室是为化工学院过程装备控制工程、化学与化学工程两个专业开设的实验课程。该实验装置主要以MPCE—1000实验系统为主，在实验教学过程中，充分强调培养学生的工艺对象分析能力、现场动手能力、控制方案综合设计能力、系统化思维能力及最新控制技术的应用能力。该实验室目前承担7个综合实验和一个开放实验的任务。实验内容多样且灵活，设备、管道、工艺参数、执行机构、控制点均可自定义，结合化工仿真软件使学生了解和熟悉化工生产过程中常见参数的控制方法及控制中常用的控制器件，如各种仪表的性能、使用方法和使用场合；了解并学会工业控制中仪表、测量、执行器的成套方法，学会按照实际被控系统要求进行实际控制系统的设计和实现；培养学生观察问题，分析问题和实验数据处理的能力，提高相关学科知识的综合运用能力；使学生了解和掌握用科学实验解决工程问题的方法。

目录 第一部分绪论 第二部分实验任务及要求 一、本课程实验的作用与任务 二、本课程实验的基础知识 三、本课程实验教学项目及其教学要求 第三部分基本实验指导 实验一流量自衡过程动态特性测试 实验二流量非自衡自衡过程动态特性测试 实验三液位自衡动态特性测试 实验四反应温度非自衡过程 实验五一阶惯性通道传递函数模型测试 实验六衰减振荡法液位PID控制器参数整定 实验七气体压力PID单回路控制系统的设计与整定

过程控制实验67

实验六、单容水箱液位PID控制系统 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。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置： GK-02、 GK-03、 GK-04、 GK-07(2台) 2、万用表一只 3、计算机系统 三、实验原理 1、单容水箱液位控制系统 图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图7-1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；并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，甚至会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。 图7-2单容液位控制系统结构图 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，具有比例（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7-3中的曲线①、②、③所示。 图7-3、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 四、验内容与步骤 1、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系统（接线参照实验一）。其中被控对象是

自动化过程控制实验指导书

一、过程控制仪表认识实验 一、实验目的 1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。 2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。 二、实验内容 1、水箱 本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。 整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。 打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。 2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。 热电阻为Pt100，三线制工作。 温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。 系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。 3、液位传感器 本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。 压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。 零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。 满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。

调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。 4、电动调节阀 采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。 5、变频器 采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。 内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。 外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。 内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。 6、水泵 采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。 7、流量计 流量计由流量传感器和转换器组成。 采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。 转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。 它为内置电源。 8、调节器 采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。 输入为1、2端子，输入为1—5V。 输出为7、8端子，输出为4—20mA。 主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。

过控实验指导书

过程控制系统实验指导书编制于忠得扬增平 大连轻工业学院信息科学与工程学院

前言 本实验指导书是根据“过程控制系统课程教学大纲”的要求，结合浙江天煌科技实业有限公司提供的“THJ－3型高级过程控制实验装置”的资源情况编制的。旨在满足自动化本科“过程控制系统”课程8～10学时实验需要。 通过实验，希望能够使学生在以下几个方面学习和提高实验技能，加深对本门课程理论知识的掌握。 1、变送器特性的认识及零点迁移与满度调整； 2、自动化仪表的初步使用； 3、变频器的基本原理和初步使用； 4、电动调节阀的流量特性和原理； 5、测定被控对象特性的方法； 6、单回路控制系统的投运与参数整定； 7、串级控制系统的投运参数整定； 8、比值控制回路系统的投运参数整定； 9、控制参数对控制系统控制质量指标的影响； 10、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运。

目录 THJ-3型过程控制系统实验装置简介 (3) 实验一过程控制系统操作实验 (12) 实验二单容水箱液位特性测试实验 (13) 实验三液位单回路系统实验 (18) 实验四水箱液位流量串级系统实验 (21) 实验五单闭环流量比值系统实验 (25)

THJ-型过程控制系统实验装置简介 本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三（380V交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 一、被控对象 1、对象组成 由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。 水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。 盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的

过程控制系统实验报告

过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人材为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS 工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开辟的平台。 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC 三部份组成。 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接， 4.5 千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成)，压力容器组成。 用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层(内胆)和冷却层(夹套)。 做温度定值实验时，可用冷却循环水匡助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控 制实验和双闭环串级定值控制等实验。 整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验 装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0~ 1.6KPa，精度：0.5 。输出信号：4~20mA DC。 LWGY－6A，公称压力：6.3MPa， 精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC 本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4~20mA DC 电流信号。 用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号： DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6~3.5Mpa 连续可调，精度：0.2，输出信号为4~20mA 型号为QZD-1000，输入信号为4~20mA DC，输出信号：20~100Ka 气压信 号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4~20mA DC 或者0~5V DC，反馈信号为4~20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％~0.3％，环境温度：－4~ ＋200℃。 采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0~5V DC 或者4~20mA DC 或者10K 电位器，输出电压变化范围：0~220V AC，用来控制电加热管加热。 UPA90，流量为30 升／分，扬程为8 米，功率为180W。

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。

过程控制系统虚拟实验

实验一：单回路液位控制系统实验 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原理； 2．定性分析研究PID控制器参数对系统性能的影响； 3．分析对象参数对控制效果的影响； 4．分别从供水侧和出水侧施加扰动，研究PID控制器的扰动抑制能力。 二、实验设备 安装Kingview组态软件和KingACT软逻辑软件的计算机一台。 三、实验原理 进行单容水箱对象液位定值控制系统实验的系统如图1-1所示。水箱系统由给水泵供水，负载阀决定出水量，同时增加一干扰水源，用以施加供水干扰，用户的用水量改变的扰动可通过调整负载阀开度进行模拟。 增加干扰水源相应的组态项目，干扰水源的模拟可在入水量上叠加一个较小的水量信号，并通过开关控制其是否有效。因此增加两个变量，如下表。

表1-1 单回路水箱控制系统增加的仿真变量表 1．启动KingACT编程系统，打开“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件。在对象组态图中增加扰动水源组态。在原组态的基础上增加一个加法器和选择开关模块，并进行变量连接，如图所示。 2．启动组态王工程管理器，打开“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件，在数据词典中增加两个变量，分别为“干扰开关”和“干扰水量”，并建立与OPC服务器的通道连接。调入仿真主画面，增加干扰水源控制阀和干扰水量数值指示，分别与“干扰开关”和“干扰水量”进行动画连接，如图所示。

3．启动KingACT运行系统，装入“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件。 4．启动KingACT OPC服务器，装入“单回路水箱液位控制（干扰）.plc”文件，并置于运行状态。 5．在组态王工程管理器中，将“单回路水箱液位控制（干扰）”切换至运行状态。 6．为调节器设置PID参数。 7．启动给水泵，调节器置于手操状态，为水泵提供一控制电压，并将出水阀置于50%开度，等待液位达到平衡状态。 8．改变水位设定值，将调节器置于自动状态，观察液位变化情况。 9．通过打开干扰阀门和改变出水阀开度，分别施加进水和出水扰动，观察液位变化情况。10．调整PID参数，直到获得较为满意的结果。 11．通过参数设置改变水箱对象的面积，重新进行上述实验。 五、实验报告要求 1．通过抓图拷屏的方法提交获得的实验曲线。 2．根据实验过程填写下表，并分析水箱面积变化对调节器参数的影响。

宁波工程学院 过程控制系统 CS4000DCS实验指导书 廖远江 201402(4次实验)

过程控制系统 实验指导书 宁波工程学院 电子与信息工程学院 电气工程及其自动化教研室

目录 目录 ................................................................................................................................................. II 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验.. (1) 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 (5) 实验三、单容水箱液位PID整定实验 (9) 实验四、双容水箱液位PID整定实验 (12)

宁波工程学院过程控制系统实验指导书 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验 一、实验目的 （1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二、实验设备 CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： 图1-1、单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2 ，水箱的液面高度为h， 出水阀V 2 固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：

过程控制及仪表实验指导书

过程控制及仪表实验指导书 过程控制系统及仪表 实验指导书 潘岩左利 长沙理工大学 电气与信息工程学院 20XX年4月 1 目录 第一章系统概述第二章实验装置介绍 一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍 四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容 实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验 2 第一章系统概述 THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1

型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。 图1-1 THSA-1过程综合自动化控制系统实验平台 该套实验装置紧密结合工业现场控制的实际情况，能够对流量、温度、液位、压力等变量实现系统参数辨识，并能够进行单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制实验，是一套集成了自动化仪表技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术及现场总线技术等的多功能实验设备。 THSA-1型过程综合自动化控制系统能够为在校学生和相关科研人员提供有力帮助。学生通过学习，应对传感器特性及零点漂移有初步认识，同时能掌握自动化仪表、变频器、电动调节阀等仪器的规范操作，并能够整定控制系统中相关参数。 这套实验设备综合性强，所涉及的工业生产过程多，所有部件均来自工业现场，严格遵循相关国家标准，具有广泛的可扩展性和后续开发功能，有利于培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的创新能力. 整套实验装置的电源、控制屏均装有漏电保护装置，装置内各种仪表均有可靠的自保护功能，强电接线插头采用封闭式结构，强弱电连接采用不同结构接头，安全可靠。 3

过程控制实验指导书

过程控制及仪表实验指导书 襄樊学院

实验装置的基本操作与仪表调试 一、实验目的 1、了解本实验装置的结构与组成。 2、掌握压力变送器的使用方法。 3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置 GK-02 GK-03 GK-04 GK-07 2、万用表一只 三、实验装置的结构框图 图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图 四、实验内容 1、设备组装与检查： 1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。 2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。 3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。 4）、关闭各个挂件的电源进行连线。 2、系统接线： 1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出” 接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。

2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。 3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节） 在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。（标有ZERO的是调零电位器，标有SP AN的是调增益电位器） 4、调试步骤如下： 1)、首先我们在水箱没水时调节零位电位器，使其输出显示数值为零。 2）、用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打开阀1、阀3、阀4，关闭阀5、阀6、阀7，然后开启GK-07变频器及GK-04给定启动三相磁力泵给上、下水箱打水，使其液面均上升至10cm高度后停止打水。 3）、看各自表头显示数值是否与实际水箱液位高度相同，如果不相同则要调节增益电位器使其输出大小与实际水箱液位的高度相同，同法调节上、下水箱压力变送器的零位和增益。 4）、按上述方法对压力变送器进行零点和增益的调节，如果一次不够可以多调节几次，使得实验效果更佳。 五、预习 熟读本书第一部分THKGK-1型过程控制实验装置产品使用说明书的相关内容。 六、实验报告 自行绘制表格测出压力变送器的特性。 实验一、计算机控制系统实验 一、实验目的 1、了解计算机控制系统的基本构成。 2、掌握本装置计算机实时监控软件的使用 3、熟悉计算机控制算法。 4、掌握计算机控制的参数整定方法。 二、实验设备 1、THKGK-1过程控制实验装置：

北京科技大学过程控制实验报告

实验报告 课程名称：过程控制系统 实验项目名称：被控对象特性测试 实验日期与时间： 2022.07 指导教师： 班级：姓名：学号：成绩： 一、实验目的要求 1．了解控制对象特性的基本形式。 2．掌握实验测试对象特性的方法，并求取对象特性参数 二、实验内容 本节实验内容主要完成测试对象特性，包含以下两部分内容： 1．被控对象特性的实验测定 本实验采用飞升曲线法（阶跃向应曲线法）测取对象的动特性。飞升曲线是指输入为阶跃信号时的输出量变化的曲线。实验时，系统处于开环状态，被控对象在某一状态下稳定一段时间后，输入一阶跃信号，使被控对象达到另一个稳定状态，得到被控对象的飞升曲线。在实验时应注意以下的一些问题： 1）测试前系统应处于正常工作状态，也就是说系统应该是平衡的。采取一切措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。 2）在测试工作中要特别注意工作点与阶跃幅度的选取。作为测试对象特性的工作点，应该选择正常工作状态，也就是在额定负荷及正常的其他干扰下，因为整个控制过程将在此工作点附近进行。阶跃作用的取值范围为其额定值的 5－10%。如果取值太小，由于测量误差及其它干扰的影响，会使实验结果不够准确。如果取值过大，则非线性影响将扭曲实验结果。不能获得应有的反应曲线，同时还将使生产长期处于不正常的工作状态，特别是有进入危险区域的可能性，这是生产所不能允许的。 3）实验时，必须特别注意的是，应准确地记录加入阶跃作用的计时起点，注意被调量离开起始点时的情况，以便计算对象滞后的大小，这对以后整定控制器参数具有重要的意义。 4）每次实验应在相同的条件下进行两次以上，如果能够重合才算合格。为了校验线性，宜作正负两种阶跃进行比较。也可作不同阶跃量的实验。 2．飞升曲线数据处理 在飞升曲线测得以后，可以用多种方法来计算出所测对象的微分方程式，数据处理方法有面积法、图解法、近似法等。面积法较复杂，计算工作量较大。近似法误差较大，图解法较方便，误差比近似法小。通过简单的测试获得被被控对象的阶跃响应，进一步把它拟合成近似的传递函数，是建立被控对象数学模型简单有效的方法。 三、实验设备 1．SIMATICS7-300可编程控制器1台 2．NPCT-III型过程控制系统自动化试验装置1台 3．微型计算机1台 四、实验简要步骤 1.实验初始条件设置 1)启动管道压力自动控制，使管道压力保持稳定。

过程控制实验指导书讲解

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

目录 过程控制实验项目一览表 ............................................................................................ - 1 - 实验一：一阶系统数学模型的建立 ............................................................................ - 2 - 实验二：PID控制器参数自整定............................................................................... - 4 - 实验三水箱液位PID控制........................................................................................ - 8 - 实验四水箱压力的PID调节控制 .......................................................................... - 14 - 实验五串级水位控制系统设计 ............................................................................ - 17 - 实验六前馈-反馈控制系统仿真实验 .................................................................... - 19 - 实验七单片机液位控制系统 .................................................................................. - 22 - 实验八单容液位PLC控制 ...................................................................................... - 25 -

过程控制系统课程设计指导书

过程控制系统课程设计指南

目录 第一部分课程设计的目的和要求1 第二部分课程设计的一般描述2 实验装置说明2 2 被控对象特性测试示例10 第三部分课程设计题目13 主题1 锅炉夹套和被加热介质的温度控制13话题2双闭环流量比控制20 话题 3 温度的滞后控制27 话题 4 流的滞后控制30

第一部分课程设计的目的和要求 一前言 过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续或按一定循环程序对生产过程进行自动控制。自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程中，过程控制技术在实现各项最优技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面发挥着越来越重要的作用。 二课程设计的目的 在本课程的设计中，通过设计一套完整的生产过程控制系统，在进一步加深对《过程控制系统》课程内容的理解和掌握的基础上，重点培养学生使用《过程检测》与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程综合运用所学知识。锻炼学生综合知识应用能力，让学生了解设计方法、步骤、通用工程系统的系统集成和运行。 三课程设计要求 根据课程设计指南中提供的主题，根据给定的设计任务，自行设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，根据“可选”的受控对象设计相应的控制系统，并连接实验室中的系统组件，构建硬件系统。您可以自己跳线、连接和连接对象、控制器和计算机。通过控制器、监控计算机和实验对象的在线调试、执行和观察结果，达到预期的应用功能和控制目的，比较不同方案的应用效果，完成设计任务书. 1.访问与流程相关的信息。 2.根据工艺要求分析、比较和设计方案（说明其合理性、工作原理和工作流程）。 3.受控对象用仪表来描述。 4.控制方案的选择及其讨论，控制系统框图及其描述。 5.完成了物体特性曲线的测试，建立了物体的数学模型。

单回路控制系统整定实验报告

单回路控制系统整定实验报告 本文是对单回路控制系统整定实验的总结和分析，主要包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果以及实验分析等方面的内容。 一、实验目的 本实验的主要目的是掌握单回路控制系统整定方法，了解控制系统的稳态误差和动态响应特性，提高实际应用控制系统的能力。 二、实验原理 单回路控制系统是一种基本的控制系统形式，它由被控对象、传感器、执行机构、控制器和控制信号等组成。例如，温度控制系统、速度控制系统、压力控制系统等都是单回路控制系统的应用。在通过控制器使被控对象产生控制输出信号的过程中，存在稳态误差和动态响应特性问题，对其进行整定是控制系统设计中重要的环节。 稳态误差是指控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差。当被控对象达到稳定状态时，控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差称为稳态误差，在实际控制系统设计中，应尽可能使稳态误差达到最小。 动态响应特性是指控制系统对负载扰动、控制信号变化等外部干扰的响应能力。在实际应用控制系统中，需要考虑控制系统的动态响应特性，以此保证系统稳定性和控制效果。 控制系统的整定就是调整控制器参数，使系统的稳态误差和动态响应特性达到最优状态，从而获得最佳控制效果。 三、实验过程 本实验是基于MATLAB/Simulink软件进行的模拟实验。 实验系统模型：本实验模拟一个简单的单回路负反馈控制系统，其模型如图所示。 其中，控制器采用比例积分控制器（PI控制器），其控制方程为： $$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(τ) \, dτ$$ 传感器和被控对象之间的关系用传递函数表示为： $$G(s) = \frac{1}{s(1+0.5s)}$$

单回路控制系统整定实验报告

单回路控制系统整定实验报告 一、实验目的 (1)掌握动向模型的创立方法.。 （2）掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法。 （3）认识调理器参数对控制质量的影响。 二、实验仪器 计算机一台 三、实验步骤 （1）启动计算机，运转MATLAB 应用程序。 （2）在MATLAB 命令窗口输入Smulink,启动Simulink 。 （3）在Simulink 库阅读窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮 或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,翻开一个标题为“Untitled”的空白模型编写窗口。 （4）用鼠标双击信号源模块库（Source）图标，翻开信号源模块库，将光标挪动到阶跃信号模块（Step）的图标上，按住鼠标左键，将其 拖放到空白模型编写窗口中。用鼠标双击附带模块库（Simulink Extra）图标，翻开A 究竟提哦哪里Liner 模块库，将光标移到PID Controller 图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模块编写窗口中。 （5）用相同的方法从连续系统模块库(Continuous)、接受模块库(Sinks) 和数学运算模块库(Math Operations)中把传达函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块（Sum）拖放到空白模型编写

窗口中。 （6）用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的输 入端口，达成模块间的连结，如图1，图二。 图1 图二 （7）结构图 1 所示的单回路反应系统的仿真模型。此中控制对象由 子系统创立，如图2。 （8）设调理器为比率调理器，对象传达函数为：K 0 （此中：K0 =1， n (1 T s) T =10，n=4），用广义频次特征法按衰减率0.75 计算调理器的参数； 依据计算结果设置PID 调理其参数，启动仿真，经过示波器模块观察

过程控制实验报告

"过程控制实验" 实验报告 第一章、过程控制实验装置的认识 一、过程控制实验的根本容及概述 本次过程控制实验主要是对实验室的水箱水位进展控制。水箱液位控制系统是一个简单控制系统，所谓简单液位控制系统通常是指由一个被控对象、一个检测变送单元〔检测元件及变送器〕、以个控制器和一个执行器〔控制阀〕所组成的单闭环负反响控制系统，也称为单回路控制系统。 简单控制系统有着共同的特征，它们均有四个根本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。 图1-1 水箱液位控制系统的原理框图 这是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，而调节器只承受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的恒定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。 二、主要设备 1）水路装置的认识 过程控制实验用的水路装置图如下 图1-2 水路图 由水路装置图我们看到，装置主要有水箱，交流电动泵，热炉，管道，电动阀，电磁阀，流量计，液位传感器，温度传感器组成，可以构成一个完整的过程控制实验平台。 从上图我们可以看出，装置主要分为两大局部，第一水路，管道，热炉，水箱等等物理对象，第二是传感器，执行机构等等的控制局部的装置。

b)电气连接图 由电气装置的图我们可以看到，所有的电器连接都在这里，主要是一些传感器信号，电动驱动信号，用于电动装置的驱动。 见 c〕操作面板图： 从操作面板上我们可以看到主要是由四个表，由P909构成，用于测量控制压力、流量、液位、温度的测量以及控制，PV代表反响测量，外给定可以用于串级控制，OUT用于输出信号，以上接口均使用4-20mA标准 见 第二、三章、实验系统的认知〔包括力控软件，P909，实验装置〕 a）力控软件的安装