計(jì)算機(jī)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、計(jì)算機(jī)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 1、試驗(yàn)方案： 水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為水位H。分析水位在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。 直接在調(diào)節(jié)閥上加定值電流，從而使得調(diào)節(jié)閥具有固定的開(kāi)度。（可以通過(guò)智能調(diào)節(jié)儀手動(dòng)給定，或者AO模塊直接輸出電流。） 調(diào)整水箱出口到一定的開(kāi)度。 突然加大調(diào)節(jié)閥上所加的定值電流觀察液位隨時(shí)間的變化，從而可以獲得液位數(shù)學(xué)模型。 給定值 圖1 單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 通過(guò)物料平衡推導(dǎo)出的公式： QO?kH,Qi?k? 那么 dH1?(k?kH)， dtF 其中，F(xiàn)

2、是水槽橫截面積。在一定液位下，考慮穩(wěn)態(tài)起算點(diǎn)，公式可以轉(zhuǎn)換成 RCdH?H?k?R?。 dt 公式等價(jià)于一個(gè)RC電路的響應(yīng)函數(shù)，C=F就是水容，R?2H0 k就是水阻。 如果通過(guò)對(duì)純延遲慣性系統(tǒng)進(jìn)行分析，則單容水箱液位數(shù)學(xué)模型可以使用以下S函數(shù)表示： G(S)?KR0。 S(TS?1) 相關(guān)理論計(jì)算可以參考清華大學(xué)出版社1993年出版的過(guò)程控制，金以慧編著。 2、實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)A3000-FS上，將手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV201、JV206完全打開(kāi)，使下水箱閘板具有一定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 2) 在控制系統(tǒng)A3000-CS上，將下水箱液位（LT103）連到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入端，調(diào)節(jié)儀輸出端連

3、到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（FV101）控制信號(hào)端。 3) 打開(kāi)A3000-CS電源，調(diào)節(jié)閥通電。打開(kāi)A3000-FS電源。 4) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵（即P102），給下水箱（V104）注水。 5) 調(diào)節(jié)內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀設(shè)定值，從而改變輸出到調(diào)節(jié)閥（FV101）的電流，然后調(diào)節(jié)JV303 開(kāi)度，使得在低水位時(shí)達(dá)到平衡。 6) 改變?cè)O(shè)定值，記錄水位隨時(shí)間的曲線(xiàn)。 3、參考結(jié)果 單容水箱水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖2所示： 圖2 單容水箱液位飛升特性 此時(shí)液位測(cè)量高度184.5 mm，實(shí)際高度184 mm -35 mm =149 mm。實(shí)際開(kāi)口面積 5.5x49.5=272.25 mm2。此時(shí)負(fù)載閥開(kāi)度系

4、數(shù): k?Q/Hmax?7.36x10?4m2.5/s。 水槽橫截面積：0.206m2。 那么得到非線(xiàn)性微分方程為(標(biāo)準(zhǔn)量綱): dH/dt?(0.000284?0.H)/0.206?0.00138?0.H。 進(jìn)行線(xiàn)性簡(jiǎn)化，可以認(rèn)為它是一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲的系統(tǒng) G(s)?Ke?s/(Ts?1) Sp =12 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們知道了水流量Qi與調(diào)節(jié)閥u，流出量Qo與負(fù)載閥與被調(diào)量水位H之間的關(guān)系，即水位在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。物料平衡推導(dǎo)出的公式等價(jià)于一個(gè)RC電路的響應(yīng)函數(shù)，液位的動(dòng)態(tài)特性與負(fù)載閥的開(kāi)度系數(shù)密切相關(guān)。得到的微分方程可認(rèn)為是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲系統(tǒng)。通過(guò)組

5、態(tài)軟件我們可以用不同的P，I ，D調(diào)節(jié)對(duì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能夠通過(guò)組態(tài)軟件上的實(shí)時(shí)液位變化曲線(xiàn)來(lái)更直觀的了解液位的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深刻的印象。 實(shí)驗(yàn)2 雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 1、試驗(yàn)方案： 水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為下水箱水位H。分析水位在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。 直接在調(diào)節(jié)閥上加定值電流，從而使得調(diào)節(jié)閥具有固定的開(kāi)度。（可以通過(guò)智能調(diào)節(jié)儀手動(dòng)給定，或者AO模塊直接輸出電流。） 調(diào)整水箱出口到一定的開(kāi)度。 突然加大調(diào)節(jié)閥上所加的定值電流觀察液位隨時(shí)間的變化，從而可以獲得液位數(shù)學(xué)模型。邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。 通過(guò)物料平衡推導(dǎo)出的公式

6、： T1dHdH?H1?kuR1?,T2?H2?rH1?0， dtdt 其中R1、R2為線(xiàn)性化水阻。 T1?F1R1,T2?F2R1R2R2,r?。 R1?R2R1?R2 d2HdH?(T?T)?T2H2?rk?R1?。 那么： T1T2122dtdt 圖1 雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 2、實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 在A3000-FS上，將手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV205、JV201完全打開(kāi)，并使閥中水箱、下水箱閘板 具有一定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 2) 在A3000-CS上，將下水箱液位（LT103）連到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入端，調(diào)節(jié)儀輸出端連 到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（FV101）控制信號(hào)端。 3) 打開(kāi)A3000電源，調(diào)節(jié)

7、閥（FV101）通電。 4) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵，給中水箱V103 注水。（下水箱V104由中水箱V103 注水。） 5) 調(diào)節(jié)內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀設(shè)定值，從而調(diào)節(jié)輸出到FV101的電流，然后調(diào)節(jié)下水箱閘板開(kāi)度， 使得在低水位達(dá)到平衡。 6) 改變?cè)O(shè)定值，記錄水位隨時(shí)間的曲線(xiàn)。 3、參考結(jié)果 雙容水箱水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖2所示： 圖2 雙容水箱液位飛升特性 平衡時(shí)液位測(cè)量高度215 mm，實(shí)際高度215 mm -35 mm =180 mm。對(duì)比單容實(shí)驗(yàn)，雙容系統(tǒng)上升時(shí)間長(zhǎng)，明顯慢多了。但是在上升末端，還是具有近似于指數(shù)上升的特點(diǎn)。明顯有一個(gè)拐點(diǎn)。 （1） p調(diào)節(jié) P=500 ,I=1

8、0000 , D=0 L P=1000 i=10000 d=0 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們了解了雙容水箱液位的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)液位的數(shù)學(xué)模型，我們有了更直觀形象的對(duì)控制過(guò)程的理解。同時(shí)還用物理學(xué)上電阻的特性 ，演變出線(xiàn)性水阻來(lái)更形象的理解控制過(guò)程。實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)要設(shè)定好。通過(guò)改變?cè)O(shè)定值得到不同的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)我們看出雙容系統(tǒng)比起單容系統(tǒng)上升比較緩慢但是在上升末端，還是具有近似于指數(shù)上升的特點(diǎn)。明顯有一個(gè)拐點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)3 三容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 由于三容水箱液位數(shù)學(xué)模型具有更高階導(dǎo)數(shù)，比較復(fù)雜，所以本實(shí)驗(yàn)為復(fù)雜控制系統(tǒng)以及高級(jí)算法研究提供了條件。 1、試驗(yàn)方案：

9、水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為水位H。分析水位在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。 直接在調(diào)節(jié)閥上加定值電流，從而使得調(diào)節(jié)閥具有固定的開(kāi)度。（可以通過(guò)智能調(diào)節(jié)儀手動(dòng)給定，或者AO模塊直接輸出電流。） 調(diào)整水箱出口到一定的開(kāi)度。 突然加大調(diào)節(jié)閥上所加的定值電流觀察液位隨時(shí)間的變化，從而可以獲得液位數(shù)學(xué)模型。邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。 定值 圖1 三容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 通過(guò)物料平衡推導(dǎo)出的公式： dH11?(kuR1?Q1) dtF1 dH21?(Q1?Q2) dtF1 dH31?(Q2?Q3) dtF3 綜合可以得到一個(gè)復(fù)雜的三階微分方程。 2、實(shí)驗(yàn)步驟

10、： 1) 在A3000-FS上，將手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV204、JV201完全打開(kāi)，并調(diào)節(jié)上水箱、中水箱和下 水箱閘板具有一定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 2) 在A3000-CS上，將下水箱液位（LT103）連到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入端，調(diào)節(jié)儀輸出端連 到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（FV101）控制信號(hào)端。 3) 打開(kāi)A3000電源，調(diào)節(jié)閥FV101通電。 4) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵，給上水箱V102注水；水箱V103、V104則分別由上、 中水箱注水。 5） 調(diào)節(jié)內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀設(shè)定值，從而改變輸出到FV101的電流，然后調(diào)節(jié)下水箱閘板開(kāi)度 使得在低水位段達(dá)到平衡。 6） 改變?cè)O(shè)定值，記錄水位隨時(shí)間的曲線(xiàn)。 3、參考

11、結(jié)果 三容水箱水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖2所示： 圖2三容水箱液位飛升特性 單P調(diào)節(jié) 單I調(diào)節(jié)水位一直增加 單D調(diào)節(jié) PI調(diào)節(jié)，I值過(guò)大引起較大波動(dòng) PID調(diào)節(jié)三容水箱應(yīng)該使I很小，不然會(huì)引起較大的波動(dòng) 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)進(jìn)行三容水箱液位控制。了解了三容 水箱液位的動(dòng)態(tài)特性。其中水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為下水位H。利用PID控制的特性來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)比單容水箱的實(shí)驗(yàn)截圖可以看出三容水箱少了較大的偶然性波動(dòng)，上升和下降都是叫緩和的。于是我們知道不同容箱數(shù)的液位控制有不同的動(dòng)態(tài)特性。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)有許

12、多不理解的地方，使我認(rèn)識(shí)到我對(duì)課本上的知識(shí)有很多不懂，沒(méi)有把理論上的知識(shí)學(xué)透徹，書(shū)上的知識(shí)是做實(shí)驗(yàn)的前提。理論結(jié)合實(shí)際，才能把實(shí)驗(yàn)做好，每次不斷的總結(jié)才能有不斷的提升。 實(shí)驗(yàn)4單容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 單容水箱液位定值(隨動(dòng))控制實(shí)驗(yàn)，定性分析P,PI、PD控制器特性?？刂七壿嬋鐖D1所示： 圖1單容上水箱液位定值(隨動(dòng))控制實(shí)驗(yàn) 1水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，進(jìn)行比較。 2、控制策略 使用PI、PD、PID調(diào)節(jié)。 3、實(shí)驗(yàn)步驟 1) 使用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。數(shù)值定義為0100。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)時(shí)間定義為510mi

13、n。 2) 在A3000-FS上，打開(kāi)手閥JV206、JV201，調(diào)節(jié)下水箱閘板具有一定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 3) 連線(xiàn)：下水箱液位連接到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入。內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀的輸出連接到調(diào)節(jié)閥的控制端。 4) 打開(kāi)A3000電源，打開(kāi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)。 5) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵（P102），給下水箱V104注水。 6) LT103控制器FV101單回路定值以及數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)。 7) 按所學(xué)理論操作調(diào)節(jié)器，分別進(jìn)行P、PI、PID設(shè)定。 簡(jiǎn)單設(shè)定規(guī)則：首先把P設(shè)定到30，I關(guān)閉（調(diào)節(jié)儀I>3600關(guān)閉），D關(guān)閉（調(diào)節(jié)儀D=0關(guān)閉）等水位低于40%，然后打開(kāi)水泵，開(kāi)始控制。設(shè)定值60

14、%。一般P越大，則殘差越大?？梢詼p少P，直到出現(xiàn)振蕩。則不出現(xiàn)振蕩前的那個(gè)最小值就是P。 PI控制首先確認(rèn)上次的P，我們可以不改變這個(gè)P值，也可以增加10%。然后把I設(shè)定為1800。關(guān)閉水泵，等水位低于40%，然后打開(kāi)水泵，開(kāi)始控制。設(shè)定值60%。觀察控制曲線(xiàn)的趨勢(shì)，如果出現(xiàn)恢復(fù)非常慢，則可以減少I(mǎi)，直到恢復(fù)比較快，而沒(méi)有出現(xiàn)振蕩，超調(diào)也不是非常大。 最后逐步增加D，使得控制更快速，一般控制系統(tǒng)有PI控制就可以了。 4、參考結(jié)果 單容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 下閘板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量7mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量6.5mm。 比例控制器控制曲線(xiàn)如圖所示。多個(gè)P值的控制曲線(xiàn)繪制在同一個(gè)圖

15、2上： 圖2 比例控制器控制曲線(xiàn) 從圖可見(jiàn)P=16時(shí)，有振蕩趨勢(shì)，P=24比較好。殘差大約是8%。 PI控制器控制曲線(xiàn)如圖3所示。選擇P=24，然后把I從1800逐步減少。 圖3 PI控制器控制曲線(xiàn) 如圖所示，在這里I的大小對(duì)控制速度影響已經(jīng)不大。從I=5時(shí)出現(xiàn)振蕩，并且難以穩(wěn)定了。I的選擇很大，8-100都具有比較好的控制特性，這里從臨界條件，選擇I=8到20之間。 PID控制器控制曲線(xiàn)如圖4所示： 圖4 PID控制器控制曲線(xiàn) P=24,I=20,D=2或4都具有比較好的效果。從控制量來(lái)看，P=24,I=8,D=2比較好。 ADAM4000模塊控制的結(jié)果如圖5所示。 圖5 從圖可見(jiàn)，P=4，

16、I=8000，D=2000控制效果是最好的。 （1）P調(diào)節(jié) P=50 I=10000 D=0 SP=10 P=16 I=10000 D=0 SP=12 P=24 I=10000 D=0 SP=10 （2）I調(diào)節(jié) P=0，I=100，D=0 SP=12 I=30 D=0 P=0 (3)微分調(diào)節(jié) P=0 I=10000 D=100 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)單容水箱液位控制，了解了水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為水位H。使用了P,PI , PID 控制，看控制效果，進(jìn)行比較。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們知道了水流量Qi與調(diào)節(jié)閥u，流出量Qo與負(fù)載閥與被調(diào)量水位H之間

17、的關(guān)系，即水位在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。物料平衡推導(dǎo)出的公式等價(jià)于一個(gè)RC電路的響應(yīng)函數(shù)，液位的動(dòng)態(tài)特性與負(fù)載閥的開(kāi)度系數(shù)密切相關(guān)。得到的微分方程可認(rèn)為是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲系統(tǒng)。通過(guò)組態(tài)軟件我們可以用不同的P，I ，D調(diào)節(jié)對(duì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能夠通過(guò)組態(tài)軟件上的實(shí)時(shí)液位變化曲線(xiàn)來(lái)更直觀的了解液位的動(dòng)態(tài)特性。 實(shí)驗(yàn)5 雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 單容雙容水箱液位定值(隨動(dòng))控制實(shí)驗(yàn)全部測(cè)量點(diǎn)，算法組態(tài)一樣，不同的是設(shè)定值和結(jié)果。 1、實(shí)驗(yàn)方案 水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為下水位H。使用PID控制，看控制效果。 2、控制策略 使用PID調(diào)節(jié)。 3、

18、實(shí)驗(yàn)步驟 1) 使用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。注意實(shí)時(shí)曲線(xiàn)時(shí)間要設(shè)定大些，例如15分鐘。因?yàn)槎嗳莘e導(dǎo) 致的延遲比較大。 2) 在A3000-FS上，打開(kāi)手閥JV205、JV201，調(diào)節(jié)中水箱、下水箱閘板具有一定開(kāi)度， 其余閥門(mén)關(guān)閉。 3) 連線(xiàn)：下水箱液位連接到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入。內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀的輸出連接到調(diào)節(jié)閥的控制 端。 4) 打開(kāi)A3000電源。 5) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵（P102），給中水箱V103注水。 6) LT104控制器FV101單回路定值以及數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)。 7) 按所學(xué)理論操作調(diào)節(jié)器，進(jìn)行PID設(shè)定。首先還是使用P比例調(diào)節(jié)，單容實(shí)驗(yàn)的P值 可以參考。然后再加I值。參見(jiàn)實(shí)

19、驗(yàn)10。 4、參考結(jié)果 雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 下閘板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量7 mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量6.5mm.。 中閘板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量11 mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量10mm。從定性分析，中間水箱的出水口應(yīng)該比下面的大些，否則可能很難控制。 PI控制器控制曲線(xiàn)如圖1所示： 圖1 PI控制器控制曲線(xiàn) PID控制的曲線(xiàn)具有兩個(gè)波，然后逐步趨于穩(wěn)定。由于系統(tǒng)延遲很大，這個(gè)穩(wěn)定時(shí) 間非常長(zhǎng)。比較好的效果是P=24, I=200，D=2。如圖2所示： 圖2 PID控制曲線(xiàn) 從圖可見(jiàn)，增加微分項(xiàng)之后，系統(tǒng)在有10%的擾動(dòng)下，很快就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 ADAM模塊曲線(xiàn)圖

20、：SP=25, P=2, I=200000, D=0 雙容水箱單P調(diào)節(jié) 單I調(diào)節(jié)不能使雙容水箱達(dá)到平衡 單D調(diào)節(jié)有一定的偏差 PI調(diào)節(jié) PID調(diào)節(jié) 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們了解了雙容水箱液位的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)液位的數(shù)學(xué)模型，我們有了更直觀形象的對(duì)控制過(guò)程的理解。同時(shí)還用物理學(xué)上電阻的特性 ，演變出線(xiàn)性水阻來(lái)更形象的理解控制過(guò)程。實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)要設(shè)定好。通過(guò)改變?cè)O(shè)定值得到不同的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)我們看出雙容系統(tǒng)比起單容系統(tǒng)上升比較緩慢但是在上升末端，還是具有近似于指數(shù)上升的特點(diǎn)。理論聯(lián)系實(shí)際，把書(shū)本上的理論知識(shí)學(xué)號(hào)，聯(lián)系實(shí)際運(yùn)用到試驗(yàn)中來(lái)，在對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程有指導(dǎo)作用的同時(shí)，

21、加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。 實(shí)驗(yàn)6 三容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 與雙容水箱液位定值(隨動(dòng))控制實(shí)驗(yàn)全部測(cè)量點(diǎn)，算法組態(tài)一樣，不同的是設(shè)定值和結(jié)果。 1、實(shí)驗(yàn)方案 水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為下水位H。使用PID控制，看控制效果。 2、控制策略 使用PID調(diào)節(jié)。 3、實(shí)驗(yàn)步驟 1) 使用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。注意實(shí)時(shí)曲線(xiàn)時(shí)間要設(shè)定大些，例如15分鐘。因?yàn)槎嗳莘e導(dǎo)致的延遲比較大。 2) 在A3000-FS上，打開(kāi)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV204、JV201，調(diào)節(jié)上、中、下水箱閘板具有一定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 3) 連線(xiàn)：下水箱液位連接到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入。內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀的輸出連接

22、到調(diào)節(jié)閥的控制端。 4) 打開(kāi)A3000電源。打開(kāi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)。 5) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵（P102），給上水箱V102注水，同時(shí)中水箱V103、下水箱V104分別由上、中水箱注水。 6) LT103控制器FV101單回路定值以及數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)。 7) 按所學(xué)理論操作調(diào)節(jié)器，進(jìn)行PID設(shè)定。首先還是使用P比例調(diào)節(jié)，單容實(shí)驗(yàn)的P值可以參考。然后再加I值。參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)10。 4、參考結(jié)果 三容水箱液位控制實(shí)驗(yàn) 下閘板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量7 mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量6.5mm。 中閘板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量11 mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量11mm。 上閘

23、板頂?shù)借F槽頂距離(開(kāi)度): 卡尺直接量11 mm,使用紙板對(duì)齊畫(huà)線(xiàn)測(cè)量12mm。 ADAM4000開(kāi)始，P=2,I=1000秒，D=2秒，PID控制曲線(xiàn)如圖1所示。 圖1三容控制曲線(xiàn)圖 從圖上可見(jiàn)，該系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間非常長(zhǎng)，大約1小時(shí)。 P=10 實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)進(jìn)行三容水箱液位控制。了解了三容水箱液位的動(dòng)態(tài)特性。其中水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶(hù)通過(guò)負(fù)載閥R來(lái)改變。被調(diào)量為下水位H。利用PID控制的特性來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)比單容水箱的實(shí)驗(yàn)截圖可以看出三容水箱少了較大的偶然性波動(dòng)，上升和下降都是叫緩和的。于是我們知道不同容箱數(shù)的液位控

24、制有不同的動(dòng)態(tài)特性。屬于一個(gè)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)， 不過(guò)通 過(guò)實(shí)驗(yàn)我們更加清楚地明白了這個(gè)系統(tǒng)的操作與原理。這次實(shí)驗(yàn)同上次相比熟悉了很多操作，雖然比上次的復(fù)雜，但是學(xué)習(xí)到了很多，較好的實(shí)踐了老師課堂上講的理論，使理論實(shí)踐化，在理論指導(dǎo)實(shí)際操作的同時(shí)又加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，可謂一舉兩得。但試驗(yàn)中對(duì)一些操作的不熟悉，導(dǎo)致了時(shí)間用的多，但是堅(jiān)信，越來(lái)越多的練習(xí)，才會(huì)有越來(lái)越熟練的操作。孰能生巧。 實(shí)驗(yàn)7 串級(jí)控制實(shí)驗(yàn) 串級(jí)試驗(yàn)包括液位串級(jí)控制和換熱器串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。這里介紹液位串級(jí)。液位比溫度實(shí)驗(yàn)好做得多。 第一個(gè)動(dòng)力支 圖1 液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn) 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。 圖2液位串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 各

25、個(gè)回路獨(dú)立調(diào)整結(jié)束，使得主調(diào)節(jié)器輸出與副調(diào)節(jié)器給定值相差不是太遠(yuǎn)。我們利用前面的實(shí)驗(yàn)中的PID數(shù)據(jù)。而副控制器只進(jìn)行P調(diào)節(jié)。 副回路對(duì)V103液位進(jìn)行控制，這個(gè)反應(yīng)比較快，副回路的控制目的是很快把流量控制回給定值?？梢酝ㄟ^(guò)另一個(gè)動(dòng)力支路加入部分液位干擾。 主回路對(duì)V104液位進(jìn)行控制，由于控制經(jīng)過(guò)了V103，時(shí)間延遲比較大。可以在V104中加入主回路干擾，要平衡這個(gè)干擾，則需要經(jīng)過(guò)流量調(diào)整，通過(guò)V103來(lái)平衡這個(gè)變化。 1、實(shí)驗(yàn)方案 被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，控制目標(biāo)是水箱V104液位。 首先實(shí)現(xiàn)副回路的控制，主要目的獲得P參數(shù)，通過(guò)測(cè)量液位，控制調(diào)節(jié)閥，使得V104保持到給定值。如果已經(jīng)進(jìn)行了V1

26、03的單容定值實(shí)驗(yàn)，則該步可以不做。 然后實(shí)現(xiàn)主回路的控制，通過(guò)測(cè)量V104液位，然后控制調(diào)節(jié)閥，從而也使得V104液位盡量保持到給定值。 然后進(jìn)行兩個(gè)控制回路的連接，把主回路的輸出連接到副回路的給定值。從而形成串級(jí)控制。注意盡量無(wú)擾切換。 2、控制策略 使用兩個(gè)PID調(diào)節(jié)。副回路調(diào)節(jié)器只比例控制。 3、實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 在A3000-FS上，打開(kāi)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV201、JV205，調(diào)節(jié)中水箱、下水箱閘板具有一 定開(kāi)度，其余閥門(mén)關(guān)閉。 2) 按照列表進(jìn)行連線(xiàn)。或者按如下操作：在A3000-CS上，將中水箱液位（LT102）連 到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入端，輸出端連接到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（FV101）輸入端。 3

27、) 在A3000-FS上，啟動(dòng)右邊水泵（P102），給中水箱V103注水。 4) 首先進(jìn)行副回路比例調(diào)節(jié)，獲得P值。 5) 切換至單主回路控制狀態(tài)：斷開(kāi)中水箱液位與內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀的連線(xiàn)，將下水箱液位連 到內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸入端。調(diào)整主控制回路（調(diào)節(jié)P、I值即可），對(duì)主控制器或調(diào)節(jié)器進(jìn)行工作量設(shè)定。 6) 關(guān)閉閥門(mén)JV205，當(dāng)中水箱液位降低2cm高度，打開(kāi)閥門(mén)，觀察控制曲線(xiàn)。 7) 切換到串級(jí)控制狀態(tài)（此時(shí)最好無(wú)擾動(dòng)）：將中水箱液位連到外給定調(diào)節(jié)儀輸入端， 內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀輸出端連接到外給定調(diào)節(jié)儀的外給定端子，外給定調(diào)節(jié)儀的輸出連接到調(diào)節(jié)閥。重復(fù)第6步。改變給定值，記錄控制曲線(xiàn)。 4、參考結(jié)果 副回路P參數(shù)設(shè)置：ADAM4000模塊P=4 主回路PID參數(shù)設(shè)置：P=3.5，I=100s。 單主回路加擾動(dòng)后控制曲線(xiàn)如圖3所示。 圖3 單主回路加擾動(dòng)后控制曲線(xiàn) 系統(tǒng)平衡所需要的時(shí)間10分鐘。 串級(jí)控制曲線(xiàn)如圖4所示。 圖4串級(jí)控制曲線(xiàn) 系統(tǒng)平衡所需要的時(shí)間不超過(guò)3分鐘。可見(jiàn)串級(jí)控制對(duì)于副回路內(nèi)的擾動(dòng)，可以快速平衡。 實(shí)驗(yàn)8 比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 電磁流量計(jì)流量與渦輪流量計(jì)比值控制實(shí)驗(yàn)，可以與“隨動(dòng)系統(tǒng)”和“串級(jí)系統(tǒng)”進(jìn)行比較。 測(cè)量與控制