过程控制实验报告

过程控制实验报告

学院：

专业 : 电气工程及其自动化

班级 :

学号 :

姓名 :

指导老师 :

实验一单容水箱液位控制实验单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P,PI、PD控制器特性。控制逻辑如图1所示：

图1单容上水箱液位定值(随动)控制实验

1

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。

2、控制策略

使用PI、PD、PID调节。

3、实验步骤

1)使用组态软件进行组态。数值定义为0～100。实时曲线时间定义为5～10min。

2)在A3000-FS上，打开手阀JV206、JV201，调节下水箱闸板具有一定开度，其余阀

门关闭。

3)连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的

控制端。

4)打开A3000电源，打开电动调节阀开关。

5)在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给下水箱V104注水。

6)LT103→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。

7)按所学理论操作调节器，分别进行P、PI、PID设定。

简单设定规则：首先把P设定到30，I关闭（调节仪I>3600关闭），D关闭（调节仪D=0关闭）等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。设定值60%。一般P越大，则残差越大。可以减少P，直到出现振荡。则不出现振荡前的那个最小值就是P。

PI控制首先确认上次的P，我们可以不改变这个P值，也可以增加10%。然后把I 设定为1800。关闭水泵，等水位低于40%，然后打开水泵，开始控制。设定值60%。观察控制曲线的趋势，如果出现恢复非常慢，则可以减少I，直到恢复比较快，而没有出现振荡，超调也不是非常大。

最后逐步增加D，使得控制更快速，一般控制系统有PI控制就可以了。

4、实验结果

单容水箱液位控制实验

下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm。

比例控制器控制曲线如图所示。多个P值的控制曲线绘制在同一个图2上：

图2 比例控制器控制曲线

从图可见P=16时，有振荡趋势，P=24比较好。残差大约是8%。

PI控制器控制曲线如图3所示。选择P=24，然后把I从1800逐步减少。

图3 PI控制器控制曲线

如图所示，在这里I的大小对控制速度影响已经不大。从I=5时出现振荡，并且难以稳定了。I的选择很大，8-100都具有比较好的控制特性，这里从临界条件，选择I=8到20之间。

PID控制器控制曲线如图4所示：

图4 PID控制器控制曲线

P=24,I=20,D=2或4都具有比较好的效果。从控制量来看，P=24,I=8,D=2比较好。

ADAM4000模块控制的结果如图5所示。

图5

从图可见，P=4，I=8000，D=2000控制效果是最好的。

由上图得：P=30， I=4， D=0时液位比较稳定

实验二双容水箱液位控制实验

单容双容水箱液位定值(随动)控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。

1、实验方案

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。被调量为下水位H。使用PID控制，看控制效果。

2、控制策略

使用PID调节。

3、实验步骤

1)使用组态软件进行组态。注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。因为多容积导

致的延迟比较大。

2)在A3000-FS上，打开手阀JV205、JV201，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，

其余阀门关闭。

3)连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的控

制端。

4)打开A3000电源。

5)在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给中水箱V103注水。

6)LT104→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。

7)按所学理论操作调节器，进行PID设定。首先还是使用P比例调节，单容实验的P值

可以参考。然后再加I值。参见实验10。

4、参考结果

双容水箱液位控制实验

下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7 mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm.。

中闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量10mm。

从定性分析，中间水箱的出水口应该比下面的大些，否则可能很难控制。

PI控制器控制曲线如图1所示：

图1 PI控制器控制曲线

PID控制的曲线具有两个波，然后逐步趋于稳定。由于系统延迟很大，这个稳定时间非常长。比较好的效果是P=24, I=200，D=2。如图2所示：

图2 PID控制曲线

从图可见，增加微分项之后，系统在有10%的扰动下，很快就进入稳定状态。ADAM模块曲线图：SP=25, P=2, I=200000, D=0

由图得当P=10， I=40, D=0 是系统稳定。

实验三三容水箱液位控制实验

与双容水箱液位定值(随动)控制实验全部测量点，算法组态一样，不同的是设定值和结果。

1、实验方案

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。被调量为下水位H。使用PID控制，看控制效果。

2、控制策略

使用PID调节。

3、实验步骤

1)使用组态软件进行组态。注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。因为多容积导

致的延迟比较大。

2)在A3000-FS上，打开手动调节阀JV204、JV201，调节上、中、下水箱闸板具有一定

开度，其余阀门关闭。

3)连线：下水箱液位连接到内给定调节仪输入。内给定调节仪的输出连接到调节阀的控

制端。

4)打开A3000电源。打开电动调节阀开关。

5)在A3000-FS上，启动右边水泵（P102），给上水箱V102注水，同时中水箱V103、

下水箱V104分别由上、中水箱注水。

6)LT103→控制器→FV101单回路定值以及数学模型的实验。

7)按所学理论操作调节器，进行PID设定。首先还是使用P比例调节，单容实验的P值

可以参考。然后再加I值。参见实验10。

4、参考结果

三容水箱液位控制实验

下闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量7 mm,使用纸板对齐画线测量6.5mm。

中闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量11mm。

上闸板顶到铁槽顶距离(开度): 卡尺直接量11 mm,使用纸板对齐画线测量12mm。

ADAM4000开始，P=2,I=1000秒，D=2秒，PID控制曲线如图1所示。

图1三容控制曲线图