过程控制系统虚拟实验
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发----PID文章
系统PID 校正虚拟实验系统 一、PID 校正原理1、 原理概述在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以系统的型别（无差度），有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90度的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。
PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点和两个位于s 左半平面的开环零点，可提高系统的稳态性能，改善系统的动态性能。
2、原理框图PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差：对偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)计算后通过线性组合构成控制量，作用于被控对象，其控制规律为：3、 数学模型的建立PID 控制规律的传递函数为2(1)1()(1)p i di c p d i i K TT s T s G s K T s T s T s++=++=式中p i d K T T 、、分别为,比例系数、积分时间常数、微分时间常数比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号，一旦产生偏差，控制器就产生控制作用，来减少偏差。
积分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于时间常数i T ，i T 越小，积分作用越强。
微分环节反映偏差信号的变化趋势，在系统中引入一个有效的提前修正信号，来加快系统的动作速度，缩短调节时间。
二、PID 校正虚拟实验系统设计PID 控制器设计的主要任务就是对于用户输入的被控对象，快速地确定比例系数p K 、积分系数i T 和微分系数d T ，使系统满足相应的指标。
1、 Labview 程序设计1） 面板设计启动Labview ，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板。
基于LabVIEW的自动控制原理虚拟实验系统设计
2.1 基于 LabVIEW 自动控制原理虚拟实验系统 本文设计的基于 LabVIEW 的自动控制原理虚拟实 验系统界面简单，输入参数方便，点击按钮即可操作。自 动控制原理虚拟实验系统设计了课程中常见的 8 个实 验。具体 LabVIEW 虚拟实验系统包括以下子实验。实 验一：一阶系统时域分析；实验二：二阶系统时域分析；实
总 655 期第十期 2018 年 10 月
河南科技 Henan Science and Technology
信息技术
基于 LabVIEW 的自动控制原理虚拟实验系统设计
吕恩胜
（河南应用技术职业学院机电工程学院，河南 郑州 450042）
摘 要：自动控制原理实验是电气、控制和机械专业学生学习自动控制原理课程的一个重要环节。本文设计
收稿日期：2018-09-16 基金项目：2015 年河南省教育技术装备和实践教育研究项目（GZS003）；河南省职业教育教学改革研究项目 （ZJB17231）。 作者简介：吕恩胜（1981—），男，硕士，副教授，研究方向：电路理论与应用、通信信号处理。
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2.2 基于 LabVIEW 二阶系统时域分析实验系统
在“自动控制原理”课程中，输入信号为 R(s) ，输出信
号 C(s) ，典型二阶系统，拉普拉斯逆变换得到时域响应结
本文以“自动控制原理”课程中典型二阶系统的瞬态 响应分析为例，阐述实验平台的设计思想和使用方法。 在控制系统中，机械系统的质量-弹簧-阻尼器，电气系统 的电阻-电感-电容等，控制的类型和元件在物理结构上 千差万别，但在微分方程上都是二阶微分系统，即使是高 阶系统，在一定条件下也可以降阶为二阶系统，足见二阶 系统在控制系统中的重要性。接下来以二阶系统的瞬态 响应分析实验子系统。
化工原理仿真实验
化工原理仿真实验
化工原理仿真实验是化工工程专业的重要课程之一，通过仿真
实验可以帮助学生更好地理解和掌握化工原理的基本知识和实验技能。
本文将介绍化工原理仿真实验的基本内容和实验步骤，希望能
对化工工程专业的学生有所帮助。
首先，化工原理仿真实验的基本内容包括物理化学实验、化工
原理仿真实验、化工过程控制仿真实验等。
其中，物理化学实验主
要是通过实验操作，让学生了解和掌握物理化学基本实验技能，包
括物质的性质和变化、化学平衡、化学反应动力学等内容。
化工原
理仿真实验则是通过虚拟仿真软件，模拟化工原理实验过程，让学
生在虚拟环境中进行实验操作，从而提高实验操作技能和实验设计
能力。
化工过程控制仿真实验主要是通过仿真软件模拟化工过程控
制系统的运行和调节，让学生了解化工过程控制的基本原理和方法。
其次，化工原理仿真实验的实验步骤包括实验前准备、实验操
作和实验结果分析。
在实验前准备阶段，学生需要了解实验的基本
原理和方法，准备实验所需的材料和设备，并对实验过程进行详细
的规划和设计。
在实验操作阶段，学生需要按照实验设计的要求，
进行实验操作，并记录实验数据和观察现象。
在实验结果分析阶段，
学生需要对实验数据进行处理和分析，总结实验结果，得出结论，
并撰写实验报告。
总之，化工原理仿真实验是化工工程专业的重要实践课程，通
过仿真实验可以帮助学生更好地理解和掌握化工原理的基本知识和
实验技能。
希望本文对化工工程专业的学生有所帮助，祝学习顺利！。
基于PCS7和Simulink的过程控制虚拟仿真实验平台开发
一 种是 采 用 购 买 或 自主 研 发 的 过 程 控 制 实 验 装
收 稿 日期 ：２０１５—０５－２３ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目 （６１１７４１１６） ；北 京 市 教 委 资 助 项 目
（ＫＭ ２０１３１０００９００５）
作 者 简 介 ：雷 振 伍 （１９７７～ ），男 ，吉 林 桦 甸 ，博 士 ，讲 师 ，主要 从 事 工 业 先 进 控 制 ，制 造 执 行 系 统 （ＭＥＳ）方 向 的 研究 ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｌＯＷ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔｓ ａｔ ａｃｔｕａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｕｒｓｅ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣＳ７ ａｎｄ Ｓｉｍ ｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｌａｎｔ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｂｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｎ ＰＣＳ７ ｂｙ ｔｈｅ ＣＦＣ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＰＣＳ７ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｃａｎ ｂｅ ｉｍ ｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｖｉａ ＯＰＣ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｔａｎｋ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｉｓ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｏｆ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｎｓｐｉｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｌａｒｇｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＣＳ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＯＰＣ（ＯＬＥ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏ１）
一种多功能过程控制虚拟实验平台的设计
一种多功能过程控制虚拟实验平台的设计作者：余发军李伟锋来源：《中国科技博览》2014年第05期摘要：阐述了用LabView软件开发了多功能过程控制实验的虚拟平台，该平台不仅能模拟传统液位、压力、流量、温度等参量的控制实验，还可以帮助学生将过程控制新理论，新技术应用到该平台。
关键词： LabView；过程控制；虚拟实验【分类号】：TG982.9一、引言：过程控制技术是不断发展的学科。
传统的过程控制实验装置，开放性差，不能扩展过程控制新理论新技术，没有提供仿真功能，难以满足现在过程控制实验的要求。
本虚拟实验系统是以浙江求是公司的NPCT-11型过程控制实验装置为设计原型。
不仅提供开放的实验环境，同时还提供仿真功能，让使用者在实验之前能对实验有直观感性的认识，可以快速的掌握实验要领，更好的完成实验。
实验平台不仅可以供自动控制和过程控制教学使用，也可以方便用户进行硬件在环仿真和测试，对控制算法进行验证。
二、虚拟平台介绍LabVIEW 是美国NI 公司推出的一种图形化编程语言。
利用LabVIEW 的虚拟仪器和动态显示特性，在计算机上构成用户界面动态显示和交互。
[1]虚拟仿真平台基于LabVIEW 的动态显示功能，与浙江求是公司的NPCT-11型过程控制实验装置控制实验台有机融合，构成虚拟仿真分析———实验为一体的过程控制系统课程现代化教学平台。
该虚拟实验平台由上水箱、中水箱、下水箱、储水箱、电动调节阀、流量计等构成，可进行压力、温度、流量、液位等过程控制实验。
本系统选择了比较有代表性的液位过程控制实验，分别设计了单容液位单回路控制系统、双容液位单回路控制系统、双容液位串级控制系统、三容液位定值控制系统、比值控制系统以及前馈反馈控制系统实验。
三、虚拟平台开发界面及控制算法虚拟实验平台的开发界面包括总体实验系统界面、参数设置和实验控制界面：1、总体实验系统界面在过程控制实验界面的设计上用到LabVIEW中的DSC（数据纪录与监控）模块中的三维立体阀门、管道、水箱等。
网络化过程控制系统实验探索
网络化过程控制系统实验探索随着科学技术的不断发展和信息化的深入推进，网络化过程控制系统的应用越来越广泛。
网络化过程控制系统利用计算机网络技术与自动化控制技术相结合，实现了对生产过程的远程监控、数据采集、信号处理、参数调节等功能。
本文将就网络化过程控制系统的实验探索进行讨论，探索网络化过程控制系统的相关理论和实践，以期为相关专业人士提供一些参考和借鉴。
网络化过程控制系统是指利用计算机网络技术对生产过程进行远程监控和控制的自动化系统。
它的基本原理是通过传感器采集生产过程中的各种参数信号，然后将这些信号传输到计算机控制系统，经过数据处理和分析后进行适当的控制操作，以实现对生产过程的精确控制和调节。
网络化过程控制系统一般包括传感器、执行器、数据采集系统、通讯网络和主控计算机等组成部分。
传感器用于采集各种参数信号，执行器用于执行控制操作，数据采集系统用于对信号进行采集和处理，通讯网络用于实现各个组成部分之间的数据传输，主控计算机用于实现对生产过程的远程监控和控制。
为了探索网络化过程控制系统的相关理论和实践，我们可以设计一些实验来研究和验证其性能。
下面介绍几个典型的实验设计。
1. 温度控制实验温度控制是生产过程中常见的控制问题之一。
我们可以设计一个温度控制实验，通过网络化过程控制系统实现对温度的监控和调节。
首先需要搭建一个简单的温度控制系统，包括温度传感器、加热器和控制器。
然后利用网络化过程控制系统对这个温度控制系统进行远程监控和控制，实时采集温度信号，并根据预先设定的控制算法对加热器进行控制，以使系统温度保持在设定的范围内。
通过这个实验可以验证网络化过程控制系统对温度控制的有效性和稳定性。
通过以上实验设计，我们可以得到一系列实验数据，通过对这些数据进行分析，可以评估网络化过程控制系统的性能和稳定性。
通过实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 网络化过程控制系统对温度控制的有效性和稳定性较好，能够实现对温度的精确控制和调节。
可编程控制器应用实训虚拟实验使用方法
可编程控制器应用实训虚拟实验使用方法
可编程控制器（PLC）应用实训虚拟实验具体使用方法可以按照以下步骤进行：
1. 打开虚拟实验软件。
根据实训中使用的软件类型，打开对应的虚拟实验软件。
2. 导入实验案例。
在软件界面上找到导入实验案例的选项，选择合适的实验案例进行导入。
可以根据实际需求选择不同的案例，例如基础PLC控制、传感器控制、运动控制等。
3. 学习实验内容。
在导入实验案例后，仔细阅读实验指导书或相关说明，了解实验的目标、步骤、要求等。
4. 搭建实验环境。
根据实验指导书或说明，设置虚拟实验环境。
这可能包括添加PLC模块、输入输出模拟、电气元件等。
5. 编写程序。
根据实验指导书或说明，编写PLC程序。
在虚拟实验软件中一般会有编程编辑器，可以选择类似梯形图、函数图、结构化文本等方式进行程序的编写。
6. 调试和运行。
在编写完程序后，进行调试和运行。
通过软件提供的仿真功能，模拟实际系统运行，观察输出是否符合预期结果。
根据需要，可以进行断点调试、变量监视等操作。
7. 分析实验结果。
根据实验指导书或说明，使用软件提供的数据分析工具，对实验结果进行分析和评估。
可以观察输入输出状态变化、电路运行情况等。
8. 总结和反思。
对实验过程及结果进行总结和反思，思考实验中存在的问题和改进的空间，并及时记录和整理。
请注意，在进行虚拟实验时，应遵守实验指导书或相关要求，并根据实际情况进行操作。
同时，确保软件和计算机系统的正常运行，避免出现故障或不良影响。
《过程控制系统》实验报告(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。
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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。
图1-1单容水箱液位定值系统 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。
h水泵负载阀
HT
HC干扰水源 表 1-1 单回路水箱控制系统增加的仿真变量表 参数 变量名称 变量类型 单位 下限 上限 初始值 干扰水源 干扰水源 Double L/s 0 0.01 0.0001 干扰水源开关 干扰开关 Bool False 四、 实验方法与步骤 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。 表 1-2 单回路水箱液位控制系统实验记录表 水箱面积 (cm2) 比例系数 积分时间 (ms) 微分时间 (ms) 超调量 (%) 过渡过程时间
3．分析PID定值调节和扰动抑制特性。 4．实验报告。 六、思考题 1．如果要增加变化的干扰水源应如何增加? 2．如果减少单容水箱对象的容积，积分时间应该增大还是减少。 实验二：电加热水箱温度与流量前馈-反馈控制实验 一、实验目的 1．掌握前馈控制系统的基本概念和组成。 2．掌握前馈-反馈控制系统的投运与参数整定方法。 3．研究在阶跃扰动作用下前馈控制对系统被控量的影响。 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、实验内容 本试验以电加热水箱温度为反馈控制调节对象，入水流量为前馈控制调节对象，形成电加热水箱温度反馈与水流量前馈控制系统，系统框图如图所示。
在该系统中的主要扰动是给水流量的变化，采用前馈控制方法时，将入水流量信号送到前馈控制器。前馈控制器按照一定的算法产生控制作用，控制电加热器的功率进行相应改变，可及时消除由于进水量变化带来的温度的变化。在本仿真试验中入水流量作为对象的一个参数已经通过计算得出，所需要做的工作是根据该入水流量信号计算出前馈信号。 四、 实验方法与步骤 1．启动KingACT编程系统，打开“电热水箱前馈反馈控制”工程文件。在控制器组态图中增加前馈控制组态。增加一个前馈控制作用允许开关，便于在实验中进行对比。并与PID控制器的输出相加作为交流调功器的控制电压，如图所示。
PID控制器设定值
+交流调功器++
前馈补偿器扰动
温度水箱对象GoxGof
- 2．启动KingACT运行系统，装入“电热水箱前馈反馈控制”工程文件。并置于运行状态。 3．启动KingACT OPC服务器，装入装入“电热水箱前馈反馈控制.PLC”文件，并置于通信联机状态。 4．启动组态王工程管理器，打开“电热水箱前馈反馈控制”工程，在数据词典中增加“前馈输出”和“前馈允许”变量，并与KingACT OPC服务器进行相应通道的连接。 为历史曲线和实时趋势曲线增加PID控制器输出、前馈控制器输出、入水流量显示，观察控制器输出作用。 打开主画面，在画面上增加前馈控制器和反馈控制器输出指示，并切换至运行状态，如图所示。 5．通过参数设置界面，将加热器功率（最大）设置为1000KW，进水温度设为0。打开出水阀，打开给水泵开关和交流调功器开关，并为水泵提供一较小的初始控制电压，关闭前馈控制器，PID调节器置自动状态，进行水箱温度设定值控制参数整定。 改变给水泵控制电压，施加入水流量扰动，观察并记录未投入前馈控制器时系统的温度响应特性。 6．设定值参数整定完成后，投入前馈控制器，等待系统稳定。在系统输出稳定后，改变给水泵控制电压，施加入水流量扰动，观察并记录投入前馈控制器后系统的温度响应特性。 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．分析前馈控制器对入水流量扰动的抑制特性。 3．分析前馈反馈温度控制系统的定值跟踪特性。 4．总结温度控制系统中前馈控制器设计方法。 5．写出实验报告。 实验三：双容水箱液位串级控制系统实验 一、实验目的 1．掌握串级控制系统的基本概念和组成。 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 安装Kingview组态软件和KingACT软逻辑软件的计算机一台。 三、实验内容 本试验以水箱1的液位为副调节器调节对象，水箱2的液位为主调节器调节对象，构成水箱液位串级控制系统，系统框图如图所示。
四、 实验方法与步骤 1．启动KingACT运行系统，调入“串级双容水箱液位控制”工程文件。并置于运行状态。 2．启动KingACT OPC服务器，装入“串级双容水箱液位控制.PLC”工程文件，并置于运行状态。 3．启动组态王工程管理器，打开“串级双容水箱液位控制”工程，并切换至运行状态，如图所示。
主调节器副调节器给水泵水箱1液位水箱2液位副回路主回路
+-+
-
设定值液位扰动扰动 4．启动水泵，连通阀CV1的开度为100%，出水阀CV2至某一开度。主、副调节器置手动，采用手动操作使液位达到某一平衡状态。 5．采用逐步逼近法进行主、副调节器参数整定。 6．采用两步整定法进行主、副调节器参数整定。 7．在主对象水箱2上施加扰动信号，观察液位响应曲线。 8．在副对象水箱1上施加扰动信号，观察液位响应曲线。 9．练习串级系统投运操作。 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。 1．画出双容水箱液位串级控制系统的结构框图。 2．写出调节器参数整定过程。 3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。 4．分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。 5．总结串级系统投运过程。 实验四：双比环流量比值控制系统实验 一、实验目的 1．了解比值控制的特点，学习双闭环比值控制原理。 2．掌握双闭环比值控制系统设计方法。 3．掌握双闭环比值控制系统参数整定方法。 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、实验内容 本试验由热水箱、冷水箱和混合水箱组成，要求冷、热水箱中的水以一定的流量比例进入混合水箱，以满足负载水流量和温度的要求。根据上述要求设计双闭环水量控制系统，实现冷水流量按照比例要求跟随热水流量的变化。双闭环流量控制系统原理框图如图所示。
四、 实验方法与步骤 1．启动KingACT运行系统，调入“冷热水比值控制”工程文件。并置于运行状态。 2．启动KingACT OPC服务器，装入“冷热水比值控制.PLC”工程文件，并置于运行状态。 3．启动组态王工程管理器，打开“冷热水比值控制”工程，并切换至运行状态，如图所示。
主调节器调节器K
热水冷水热水流量
冷水流量 4．在无扰动的情况下，利用切投开关断开从流量对象的比值控制给定，分别整定热水和冷水控制回路，使其响应速度快而又没有超调。整定完成后，根据所需要的温度计算比值系数，投入比值控制。 5．修改主流量控制器的设定值，观察比值系统的响应特性。 6．分别为冷、热水增加扰动，观察控制系统响应特性。 7．为热水箱施加温度扰动，观察混合后液体的温度变化情况。 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．给出比值控制系统中不同K值时的阶跃响应曲线。 3．写出调节器参数整定过程。 4．根据扰动分别作用于主、从对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。 5．分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响。