《过程控制系统》实验指导书
实验设备简介
A3000对象系统包含三个水箱,一个大的蓄水箱,一个锅炉,一个工业用板式换热器,两个水泵,大功率加热棒,滞后系统以及加热联锁保护系统。传感器和执行器包含5个温度、3个液位、1个压力、1个电磁流量计,1个涡轮流量计,1个电动调节阀,2个电磁阀,以及2个锅炉液位开关。
结构工艺图如下图0-1所示:、
图0-1 A3000高级过程控制系统结构工艺图
实验一 单容自衡水箱液位比例控制实验
一.实验目的:
⑴ 通过实验了解单回路控制系统的原理及采用纯比例控制时的特点; ⑵ 分析比例控制时,比例系数改变时对系统稳态指标和静态指标的影响; 二.实验设备:
A3000高级过程控制实验设备,计算机监控系统。 三.实验原理 实验原理图如下:
四.实验内容与步骤: 1.系统连接
⑴ 在A-3000设备上,打开手动调节阀JV201、JV206,其余阀门关闭。 ⑵ 将下水箱液位变送器输出连接到PLC的输入端子AI0,PLC的输出端子AO0连接到电动调节阀上控制信号端(注意红黑线不要接错)。 ⑶ 打开A3000设备电源,启动右边水泵。
⑷ 启动计算机组态软件,进入实验系统,选择“单容液位定值控制实验”。 2.P控制
⑴ 调节下水箱出口闸板开度到某一刻度(如下闸板顶到槽顶距离(开度)5mm); ⑵ 设定一个液位给定值SP(例如30),将比例系数设定为某一个较小的值,并设定积分时间常数为最大,微分时间常数为0,启动系统。 ⑶ 待系统达到稳态时,用抓图的方法记录所得的响应曲线;
⑷ 按电脑监控界面的停止按钮,停止系统。将出水闸板开度加大,将水箱水放掉,待水放完之后,重新将出水闸板开度设定为5mm。
⑸ 仍然设定为纯比例控制下(设定方法见步骤⑵),增大比例系数,重新做步骤⑵和⑶。
⑹ 重复上述步骤⑸,重新记录响应曲线,上述响应曲线至少测得3组,包括单调曲线2组、衰减振荡曲线1组。
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。
五.实验报告要求:
⑴ 抓取不同比利系数时所得到的响应曲线,打印出来并附在实验报告上。 ⑵ 根据所获得3组响应曲线,计算稳态误差ess、超调量 (%)和调整时间ts。 ⑶ 回答思考题。
六.思考题:
分析随着比例系数的增大,对系统的稳态指标(稳态误差ess)和动态指标(超调量 (%)和调整时间ts)有什么影响?
实验二 单容自衡水箱液位PID控制实验
一.实验目的:
⑴ 通过实验了解单回路控制系统的原理及采用P、PI、PID控制时的特点; ⑵ 分析PI控制时,积分时间常数及微分时间常数改变时对系统稳态指标和静态
指标的影响; 二.实验设备:
A3000高级过程控制实验设备,计算机监控系统。 三.实验原理 实验原理图如下:
四.实验内容与步骤: 1. 系统连接
⑴ 在A-3000设备上,打开手动调节阀JV201、JV206,其余阀门关闭。 ⑵ 将下水箱液位变送器输出连接到PLC的输入端子AI0,PLC的输出端子AO0连接到电动调节阀上控制信号端(注意红黑线不要接错)。 ⑶ 打开A3000设备电源,启动右边水泵。
⑷ 启动计算机组态软件,进入实验系统,选择“单容液位定值控制实验”。
2. PI控制
⑴ 调节下水箱出口闸板开度到某一刻度(如下闸板顶到槽顶距离(开度)5mm); ⑵ 在实验一比例调节测试的基础上(在计算机监控画面中设定P值为某个数值如2或3),加入积分作用。即在计算机监控界面上设置I参数为不是特别大的数。固定比例P值(中等大小),改变PI调节器的积分时间常数值Ti,然后给定值加阶跃扰动,观察给定值加阶跃扰动后被调量的输出波形,并抓取
并记录两组不同Ti值时的输出曲线。
⑶ 通过上一步的实验观察,选择一组合适的P和Ti值,使系统对给定值阶跃扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线,记录这条响应曲线。 3. PID控制
⑴ 在获得上述满意的PI控制器参数的基础上,固定此PI参数,再引入适量的微分作用,即在监控软件界面上设置D参数,然后加上与前面PI调节时幅值完全相等的给定值扰动,记录系统被控制量响应的动态曲线。
⑵ 逐渐增大Td和反复试凑,选择合适的Td,使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线,并抓取记录此响应曲线。
(注意:按上述步骤,本实验至少应记录3条响应曲线:PI控制2-3条,PID控制至少1条) 五.实验报告要求:
⑴ 在上述的给定值加阶跃扰动条件下,将抓取的2组不同Ti值时的输出曲线(在同一比例系数P值下)打印出来并附在实验报告上。 ⑵ 计算这2条曲线的超调量 (%)和调整时间ts。
⑶ 将实验中获得的较为满意的PI和PID控制下的输出曲线打印出来并附在实验报告上。 ⑷ 回答思考题。
六.思考题:
1. 积分的引入对闭环控制有何影响?积分作用过强和过弱有何不同? 2. 微分控制一般应用在什么场合?微分的引入会对闭环系统产生什么影响?微分过强与过弱有何不同?
(以上思考题从闭环系统的动态和静态特性方面回答)
实验三 电动调节阀流量特性测量实验
一.实验目的:
⑴ 通过实验验证直线型 …… 此处隐藏:2807字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……