单回路控制系统实验过程控制实验指导书模板

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经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) 。

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, 经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

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:

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)掌握动态模型的创建方法.。（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）了解调节器参数对控制品质的影响。二、实验仪器计算机一台三、实验步骤（1）启动计算机，运行MATLAB应用程序。（2）在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。（3）在Simulink库浏览窗口中，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,打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。（4）用鼠标双击信号源模块库（Source）图标，打开信号源模块库，将光标移动到阶跃信号模块（Step）的图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中。用鼠标双击附加模块库（Simulink Extra）图标，打开A到底提哦哪里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辑窗口中。（5）用同样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)中把传递函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块（Sum）拖放到空白模型编辑

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，完成模块间的连接，如图1，图二。图1 图二（7）构造图1所示的单回路反馈系统的仿真模型。其中控制对象由子系统创建，如图2。（8）设调节器为比例调节器，对象传递函数为： 0(1) n K T s （其中：0K =1，0T =10，n=4），用广义频率特性法按衰减率0.75计算调节器的参数；

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

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

杭电《过程控制系统》实验报告

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821

实验一、一阶单容上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 AE2000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： Q2 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Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀

h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞) 0 T V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有： h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e -t/T ) 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）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1-2所示。当由实验求得图1-2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图 1-2、阶跃响应曲线

DCS单回路控制系统设计

第五章单回路控制系统设计 ?本章提要 1.过程控制系统设计概述 2.单回路控制系统方案设计 3.单回路控制系统整定 4.单回路控制系统投运 5.单回路控制系统设计原则应用举例 ?授课内容第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案

●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，

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

单回路控制系统整定

单回路控制系统整定一、实验目的（1）掌握动态建模的创建方法。（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）了解调节器参数对控制品质的影响。（4） .熟悉控制线性系统仿真常用基本模块的用法二、实验仪器计算机一台、MATLAB 软件三、实验内容：用SIMULINK 建立被控对象的传递函数为() 4 1 ()101G x s = +，系统输入为单位阶跃，采用PID 控制器进行闭环调节。 ①练习模块、连线的操作，并将仿真时间定为300 秒，其余用缺省值； ②试用稳定边界法和衰减曲线法设置出合适的PID 参数，得出满意的响应曲线。 ③设计M 文件在一个窗口中绘制出系统输入和输出的曲线，并加图解。四、实验原理 . PID （比例-积分-微分）控制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种控制策略。PID 算法简单实用，不要求受控对象的精确数学模

型。．模拟PID 控制器典型的PID 控制结构如图所示。 . PID 控制规律写成传递函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++== )11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数；p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。五、实验步骤

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

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五解耦控制系统 . (19) 实验一过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。作业题目二：某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

单回路控制系统原理样本

单回路控制系统原理一、过程控制的特点与其它自动控制系统相比, 过程控制的主要特点是: 1、系统由工业上系列生产的过程检测控制仪表组成。一个简单的过程控制系统是由控制对象和过程检测控制仪表( 包括测量元件, 变送器、调节器和调节阀) 两部分组成。如图1: 液位控制系统 Q2 K C: 调节器的静态放大系数 K V: 调节阀的静态放大系数 K0: 被控对象的静态放大系数

K m: 变送器的静态放大系数 2、被控对象的设备是已知的, 对象的型式很多, 它们的动态特性是未知的或者是不十分清楚的, 但一般具有惯性大, 滞后大, 而且多数具有非线性特性。 3、控制方案的多样性。有单变量控制系统、多变量控制系统; 有线性系统、有非线性系统、; 有模拟量控制系统、有数字量控制系统, 等等。这是其它自动控制系统所不能比拟的。 4、控制过程属慢过程, 多半属参量控制。即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、PH等进行控制。 5、在过程控制系统中, 其给定值是恒定的( 定值控制) , 或是已知时间的函数( 程序控制) 。控制的主要目的是在于如何减少或消除外界扰动对被控量的影响。工业生产要实现生产过程自动化, 首先必须熟悉生产过程, 掌握对象特点; 同时要熟悉过程参数的主要测量方法, 了解仪表性能、特点, 根据生产工艺要求和反馈控制理论的分析方法, 合理正确地构建过程控制系统; 而且经过改变调节仪表的PID特性参数, 使系统运行在最佳状态。过程控制系统的品质是由组成系统的对象和过程检测仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。二、单回路控制系统原理如图1所示单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。由于系统结构简单, 投资少, 易于调整、投运, 又

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

实验一过程控制系统的组成认识实验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一、过程控制实验装置简介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、综合性人才为出发点。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发，如PLC控制、DCS控制开发等。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发的平台。二、过程控制实验装置组成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三部分组成。 1、被控对象由上、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。水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，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。模拟锅炉：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，可用冷却循环水帮助散热。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。压力容器：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。管道：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。 2、检测装置（液位）差压变送器：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。涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：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。（气体）扩散硅压力变送器：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 DC。 3、执行机构电气转换器：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℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或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。水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。

1.1.1单回路控制系统

1.1.1单回路控制系统设计第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案 ●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。

第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 ●注意工艺操作的合理性、经济性。 3.系统设计中的测量变送问题 ?被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。 ?测量和变送环节的描述：