控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)報(bào)告(共30頁(yè))

1、北京科技大學(xué)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)踐報(bào)告班 級(jí)： 專(zhuān) 業(yè)： 智能科學(xué)與技術(shù) 設(shè) 計(jì) 人（學(xué)號(hào)）： 組 員（學(xué)號(hào)） 指 導(dǎo) 教 師： 閻群 完 成 日 期： 2017 年 7 月 13 日教師評(píng)語(yǔ)目 錄1 實(shí)踐任務(wù)書(shū)11.1 實(shí)踐目的11.2 實(shí)踐內(nèi)容及要求11.3 報(bào)告要求21.4 進(jìn)度安排21.6 分組情況32 設(shè)計(jì)要求43 系統(tǒng)介紹43.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介43.2 對(duì)象系統(tǒng)介紹43.3 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)介紹54 實(shí)驗(yàn)建模研究64.1 實(shí)驗(yàn)建模理論基礎(chǔ)64.2 單容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)建模74.3雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)建模74.4 試驗(yàn)建模結(jié)果分析85 Matlab仿真研究95.1 模型計(jì)算95.2 PID控

2、制仿真研究106單閉環(huán)水箱PID控制106.1液位控制146.1.1實(shí)驗(yàn)步驟146.1.2結(jié)果分析196.2流量控制206.2.1實(shí)驗(yàn)步驟206.2.2結(jié)果分析206.3壓力控制216.3.1實(shí)驗(yàn)步驟216.3.2結(jié)果分析217 流量液位串級(jí)控制227.1實(shí)驗(yàn)步驟227.2結(jié)果分析238實(shí)踐總結(jié)258.1 目標(biāo)，過(guò)程，結(jié)果等分析258.2對(duì)實(shí)踐的收獲，要求和建議251 實(shí)踐任務(wù)書(shū)1.1 實(shí)踐目的單容水箱液位模型測(cè)試：1） 熟悉本套系統(tǒng)，明確應(yīng)該如何進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)2） 熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)3）根據(jù)由實(shí)際測(cè)得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，用相關(guān)的方法確定其參數(shù)4）了解單容水箱液位單

3、閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成水平（垂直）雙容水箱液位模型測(cè)試1）掌握水平與垂直雙容水箱液位模型的調(diào)試方法2）熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)曲線(xiàn)單容水箱液位PID控制1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。 2）研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時(shí)的階躍響應(yīng)。 3）研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時(shí)的抗擾動(dòng)作用。 4）定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。單容水箱壓力PID控制1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2）分析分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時(shí)的過(guò)程圖形曲線(xiàn)。 3）定性地研究P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性

4、能的影響。單容水箱壓力PID控制1、熟悉本套系統(tǒng)，明確應(yīng)該如何進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)2、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)3、根據(jù)由實(shí)際測(cè)得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，用相關(guān)的方法確定其參數(shù)。4、熟悉利用MATLAB建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法。5、學(xué)會(huì)利用MATLAB/Simulink對(duì)系統(tǒng)建模的方法。6、熟悉并學(xué)會(huì)穩(wěn)定邊界法。7、熟悉并學(xué)會(huì)PID參數(shù)的自整定法。8、較為深刻理解液位PID單回路控制的原理，并掌握PID相關(guān)參數(shù)的設(shè)定方法。1.2 實(shí)踐內(nèi)容及要求分析單容水箱液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)、調(diào)試單容水箱液位PID控制。單容水箱液位模型測(cè)試；水平（垂直）雙容水箱液位模型測(cè)試。單容水箱流量PID

5、控制實(shí)驗(yàn)；單容水箱壓力PID控制實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)調(diào)試雙容水箱液位、壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)流量-液位串級(jí)控制系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)并調(diào)試閉環(huán)液位控制系統(tǒng)程序。1.3 報(bào)告要求 1）參照自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)報(bào)告模板撰寫(xiě) 2）詳細(xì)寫(xiě)明設(shè)計(jì)思路，流程圖，測(cè)試結(jié)果及分析論證 3）認(rèn)真撰寫(xiě)心得體會(huì)及建議（其中包括對(duì)于課程改進(jìn)） 4）標(biāo)注主要參考文獻(xiàn)1.4 進(jìn)度安排6月26日-7月2日學(xué)習(xí)A1000小型過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)； 學(xué)習(xí)西門(mén)子可編程控制器S7-200/S7-300；學(xué)習(xí)組態(tài)王6.53.7月3日明確設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。結(jié)合A1000小型過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)一步熟悉系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)

6、中各部件功能，繪制完整的系統(tǒng)配電圖。7月4日單容水箱液位模型測(cè)試；水平（垂直）雙容水箱液位模型測(cè)試。7月5日分析單容水箱液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)、調(diào)試單容水箱液位PID控制。7月6日繼續(xù)研究單閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成，研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試方法。單容水箱流量PID控制實(shí)驗(yàn)；單容水箱壓力PID控制實(shí)驗(yàn)。7月7日 了解垂直、水平雙容水箱系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)調(diào)試雙容水箱液位、壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)7月10日 流量-液位串級(jí)控制系統(tǒng)；參考設(shè)備現(xiàn)有上、下位機(jī)程序，自行設(shè)計(jì)并調(diào)試閉環(huán)液位控制系統(tǒng)程序。7月11日同第六次課內(nèi)容7月13日提交報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)PPT講解，答辯考核；1.5 考核辦法平時(shí)成績(jī)30%+報(bào)告成績(jī)40%+答辯成

7、績(jī)30%平時(shí)成績(jī)：考勤、時(shí)間過(guò)程與能力評(píng)定答辯成績(jī)：調(diào)試方法、運(yùn)行結(jié)果的PPT展示及現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題報(bào)告成績(jī)：每位同學(xué)提交一份時(shí)間報(bào)告1.6 分組情況姓名學(xué)號(hào)任務(wù)備注主要完成流量液體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，參與部分其他實(shí)驗(yàn)的操作，試驗(yàn)問(wèn)題的整理組長(zhǎng)主要完成液位PID實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，參與部分其他實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)問(wèn)題整理，PPT制作組員主要完成壓力、流量測(cè)試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，參與其他部分實(shí)驗(yàn)操作組員主要完成液位特性試驗(yàn)內(nèi)容，參與其他部分實(shí)驗(yàn)操作組員2 設(shè)計(jì)要求1） 滿(mǎn)足工藝要求滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程提出的要求和性能指標(biāo)2） 可靠性高用系統(tǒng)平均無(wú)故障和平均維修時(shí)間衡量3） 操作性能好使用方便和維護(hù)容易4） 實(shí)時(shí)性強(qiáng)對(duì)內(nèi)、外部時(shí)間及時(shí)作出響應(yīng)5）

8、通用性好硬軟件課移植6） 經(jīng)濟(jì)效益高系統(tǒng)性?xún)r(jià)比高，投入產(chǎn)出比低3 系統(tǒng)介紹（水箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)/工藝/設(shè)備環(huán)境/軟件 上位機(jī) 下位機(jī)控制器）3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介A1000 小型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)水箱控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)手閥的調(diào) 節(jié)可以形成單容、雙容、三容水箱控制系統(tǒng)，并能進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。本系統(tǒng)使用 了西門(mén)子的 S7-200PLC 實(shí)現(xiàn)控制功能，同時(shí)使用組態(tài)王軟件編寫(xiě)相應(yīng)程序?qū)υ?系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此本系統(tǒng)非常適合學(xué)習(xí)組態(tài)軟件、控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)以及控制 器編程，也非常適合于進(jìn)行算法研究。JV12流量FT1JV13溢出管JV14JV23溢出管JV24JV22V1V2V3液位LT1JV15JV25液流量F

9、T2P-46位LT3壓力P1液位LT2壓力JV16JV31JV26P2JV11溢出管JV21P1P2V43.2 對(duì)象系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和對(duì)象是一體的，連通手閥采用金屬球閥（長(zhǎng) 80mm）圖 2 A1000 小型多參數(shù)過(guò)程控制系統(tǒng)流程圖該系統(tǒng)提供了兩路動(dòng)力支流，既可以滿(mǎn)足兩個(gè)同學(xué)同時(shí)進(jìn)行壓力、流量和液位實(shí)驗(yàn)，還可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾。JV13 和 JV23 提供泄漏干擾。3.3 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)介紹A1000 小型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下各部分組成：1）儲(chǔ)水箱主體，提供了整個(gè)系統(tǒng)的支撐。2）三容水箱左邊水箱有一個(gè)入水口和四個(gè)出水口。右邊上出水用于溢流，如果水過(guò)多則從中水箱溢流

10、。右邊中出水口用于和中水箱形成垂直多容系統(tǒng)。右邊下出水口用 于和中水箱形成水平兩容和水平三容。底部出水口用于水回到儲(chǔ)水箱。底部還有一個(gè)開(kāi)口用于提供液位測(cè)量。中間水箱有五個(gè)入水口，兩個(gè)出入水口，兩個(gè)出水口。前面的入水口是兩個(gè) 水路的入水。左右最上面的入水口用于左右兩個(gè)水箱溢流。左邊中出水用于和左邊水箱形成垂直多容系統(tǒng)。左邊下出水口用于和左水箱形成水平兩容，以及水平三容。右邊下出水口用于和右水箱形成水平兩容，以及水平三容。底部出水口用 于水回到儲(chǔ)水箱。底部還有一個(gè)開(kāi)口用于提供液位測(cè)量。中間有根管道，如果水 過(guò)多則從此管道溢流。右邊水箱有一個(gè)入水口，四個(gè)出水口。左邊上出水用于溢流，如果水過(guò)多則 從中

11、水箱溢流。左邊下出水口用于和中水箱形成水平兩容，以及水平三容。底部 出水口用于水回到儲(chǔ)水箱。底部還有一個(gè)開(kāi)口用于提供液位測(cè)量。3）測(cè)控點(diǎn)壓力測(cè)點(diǎn) 2 個(gè)，用于測(cè)量泵出口的壓力（0100Kpa；420mA）。流量測(cè)點(diǎn) 2 個(gè)，用于測(cè)量注水流量（00.6m3/h）。液位測(cè)點(diǎn) 3 個(gè)，用于測(cè)量各實(shí)驗(yàn)水柱的水位（05 Kpa；420mA）。 4）循環(huán)泵潛水直流離心泵 2 臺(tái)，提供水系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力。通過(guò)調(diào)速器控制水泵的出口流量，作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器。4 實(shí)驗(yàn)建模研究4.1 實(shí)驗(yàn)建模理論基礎(chǔ)4.2 單容液水箱位控制實(shí)驗(yàn)建模 由上圖可知，當(dāng)控制量由20%增大到25%時(shí)，系統(tǒng)液位由原來(lái)穩(wěn)定在54%的高度變成了

12、穩(wěn)定在89%的高度。 由階躍響應(yīng)法可知： ， 則， 所以，該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。4.3雙容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)建模理論基礎(chǔ)：經(jīng)過(guò)詳細(xì)的理論推導(dǎo)可知，單容水箱的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為，式中，K為對(duì)象放大系數(shù)，為對(duì)象時(shí)間常數(shù)，為對(duì)象純滯后。由于純延遲相對(duì)系統(tǒng)時(shí)間比較少，可以不考慮純延遲，從而將其傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化為。為確定本次實(shí)驗(yàn)的單容水箱的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，就需要確定該模型中的系統(tǒng)時(shí)間參數(shù)和增益K，這就涉及到過(guò)程辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)的問(wèn)題。在由俞金壽、孫自強(qiáng)主編的過(guò)程控制系統(tǒng)一書(shū)中詳細(xì)介紹了兩種過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法，即階躍響應(yīng)法和脈沖響應(yīng)法。本實(shí)驗(yàn)采用階躍響應(yīng)法來(lái)確定模型中的相關(guān)參

13、數(shù)。下面對(duì)階躍響應(yīng)法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：傳遞函數(shù)求法非常簡(jiǎn)單，只要有遙控閥和被控變量記錄儀表就可以進(jìn)行。先使工況保持平穩(wěn)一段時(shí)間，然后使閥門(mén)作階躍式的變化（通常在10%以?xún)?nèi)），同時(shí)把被控變量的變化過(guò)程記錄下來(lái)，得到廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。圖2 由階躍響應(yīng)曲線(xiàn)確定、和的圖解法若對(duì)象的傳遞函數(shù)為，則可在響應(yīng)曲線(xiàn)拐點(diǎn)處做切線(xiàn)，如圖2，各個(gè)參數(shù)的求法如下：1、式中：為給階躍前后，系統(tǒng)最終穩(wěn)定到的值的差值為所給階躍的大小2、3、當(dāng)控制量由20%增大到25%時(shí)，系統(tǒng)液位由原來(lái)穩(wěn)定在54%的高度變成了穩(wěn)定在89%的高度。 由階躍響應(yīng)法可知： ， 則， 所以，該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。4.4 試驗(yàn)建模結(jié)果分析1）結(jié)果基本

14、正確，多次實(shí)驗(yàn)可能結(jié)果不同，但是大致是一致的，還有一點(diǎn)就是沒(méi)有考慮系統(tǒng)的純滯后效果，得到最終的傳遞函數(shù)并不是實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)表現(xiàn)。2）第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果5 Matlab仿真研究5.1 模型計(jì)算已知液位對(duì)象，在階躍擾動(dòng)u(t)=20%時(shí)，其階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖所示：t/s0154575105145175205235265295h/mm01354145485152535454若將液位對(duì)象近似為一階慣性加純延遲，利用作圖法確定其增益K，時(shí)間常數(shù)T，和純延遲時(shí)間。 (1) 首先根據(jù)輸出穩(wěn)態(tài)值和階躍輸入變化幅值可得增益K=54/20=2.7。 (2) 利用一下MATLAB命令，可得如下圖所示單位階躍響應(yīng)曲

15、線(xiàn)。>>t=0,15,45,75,105,145,175,205,235,265,295-tw; >>h=0,1,35,41,45,48,51,52,53,54,54;>>plot(t,h)(3) 按照S型響應(yīng)曲線(xiàn)的參數(shù)求法，由上圖大致可得系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T和延遲時(shí)間分別為=15s,T=70-=55s 。則系統(tǒng)近似為一階慣性加純延遲的數(shù)學(xué)模型為已知液位對(duì)象，在階躍擾動(dòng)u(t)=20%時(shí)，其階躍響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖所示：t/s0154575105145175205235265295h/mm01354145485152535454若將液位對(duì)象近似為一階慣性加純遲延

16、，利用作圖法確定其增益K，時(shí)間常數(shù)和純遲延時(shí)間。 首先根據(jù)輸出穩(wěn)態(tài)值和階躍輸入的變化幅值可得增益K=54/20=2.7。 根據(jù)系統(tǒng)近似為一階慣性加純遲延的計(jì)算法，編寫(xiě)的MATLAB程序sy3_2_2.m如下%sy3_2_2.mtw=10;t=0,15,45,75,105,145,175,205,235,265,295-tw; h=0,1,35,41,45,48,51,52,53,54,54;h=h/h(length(h); h1=0.39;t1=interp1(h,t,h1)+tw;h2=0.63;t2=interp1(h,t,h2)+tw; T=2*(t2-t1),tao=2*t1-t2 執(zhí)

17、行程序ex3_2_2.m可得如下結(jié)果T=51.3467 =13.9321 則系統(tǒng)近似為一階慣性加純遲延的數(shù)學(xué)模型為 5.2 PID控制仿真研究穩(wěn)定邊界法的計(jì)算公式如下表所示。調(diào)節(jié)規(guī)律KpKiKdP0.5KpPI0.455Kp0535Kp/TPID0.6Kp1.2Kp/T 0.075Kp*TPID控制器的simulink仿真圖：P控制器調(diào)節(jié)規(guī)律P = 1 時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)：P = 2 時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)： 由圖可以看出，隨著P的增大，響應(yīng)變快，余差減小，但是震蕩變的厲害了，超調(diào)量也變大了。PI控制器調(diào)節(jié)規(guī)律控制器傳遞函數(shù)：P = 3 , I = 0.001時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)P = 3 , I = 0.01時(shí)，響

18、應(yīng)曲線(xiàn)：發(fā)散不穩(wěn)定。P = 3 , I = 0.06時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)：隨著I的增大，系統(tǒng)余差初見(jiàn)減小，過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)，超調(diào)量變大。PID控制器調(diào)節(jié)規(guī)律控制器傳遞函數(shù)：P = 3 , I = 0.03 , D = 5時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)：P = 3 , I = 0.03 , D = 10時(shí)，響應(yīng)曲線(xiàn)：微分的加入，使得響應(yīng)變快，震蕩變小，但是，微分的加入很容易使系統(tǒng)不穩(wěn)定，要慎用。利用simulink中的PID自整定雙擊PID控制器，點(diǎn)擊Tune.即可實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自整定。得到與手動(dòng)整定的圖像對(duì)比如右圖：再點(diǎn)擊Apply,即可獲取PID整定的參數(shù):P = 1.43718340161503 ,I = 0.027

19、9552796902367D = 06單閉環(huán)水箱PID控制6.1液位控制6.1.1實(shí)驗(yàn)步驟1、編寫(xiě)控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開(kāi)手閥JV22，調(diào)節(jié)JV26開(kāi)度(如果你希望控制量范圍50-70%，則要開(kāi)很大，否則開(kāi)少一些)，其余閥門(mén)關(guān)閉。3、在控制系統(tǒng)上，將IO面板的水箱液位輸出連接到AI0，IO面板的電動(dòng)調(diào)速器U102控制端連到AO1。注意：具體哪個(gè)通道連接指定的傳感器和執(zhí)行器依賴(lài)于控制器編程。對(duì)于全連好線(xiàn)的系統(tǒng)，例如DCS，則必須按照已經(jīng)接線(xiàn)的通道來(lái)編程。4、打開(kāi)設(shè)備電源。5、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置

20、各項(xiàng)參數(shù)。啟動(dòng)右邊水泵P102和調(diào)速器。6、系統(tǒng)穩(wěn)定后可將調(diào)節(jié)器的手動(dòng)控制切換到自動(dòng)控制左圖為S=30% P=2.5時(shí)的圖像7、設(shè)置比例參數(shù)。觀(guān)察計(jì)算機(jī)顯示屏上的曲線(xiàn)，以下圖均為S=30%的時(shí)刻 P=2.5 P=7.5P=15待被調(diào)參數(shù)基本穩(wěn)定于給定值后，可以開(kāi)始加干擾實(shí)驗(yàn)。我們選定了 P=7.5時(shí)刻為不變量，加入I進(jìn)行測(cè)試：I=0.75 I=7.5 I=10000 8、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)(在純比例的基礎(chǔ)上加擾動(dòng)，一般可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)支路1增加干擾，或者臨時(shí)改變一下出口閘板的高度)。記錄曲線(xiàn)在經(jīng)過(guò)幾次波動(dòng)穩(wěn)定下來(lái)后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。（同上圖）I=0.

21、75時(shí) 余差=2； I=7.5時(shí) 余差為0.8 I=10000時(shí)，余差=29、減小P重復(fù)步驟6，觀(guān)察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)。我們選取了 I=1.25時(shí)P=1.5 P=110、增大P重復(fù)步驟6，觀(guān)察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)。11、選擇合適的P，可以得到較滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)。改變?cè)O(shè)定值(如設(shè)定值由50變?yōu)?0)，同樣可以得到一條過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)。12、在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置I參數(shù)不是特別大的數(shù)。固定比例P值（中等大?。淖働I調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)值Ti，然后觀(guān)察加階躍擾動(dòng)后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時(shí)的超調(diào)量p13、固定I于某一中間值，然后改變P的大小，觀(guān)察加擾動(dòng)后被調(diào)量輸出的動(dòng)態(tài)波

22、形，據(jù)此列表記錄不同值Ti下的超調(diào)量p。14、在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置D參數(shù)，然后加上與前面調(diào)節(jié)時(shí)幅值完全相等的擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。15、選擇合適的P、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)（階躍輸入可由給定值從突變10%左右來(lái)實(shí)現(xiàn)）。分析：我們運(yùn)用控制變量的方法，先研究了P單獨(dú)控制，觀(guān)察比例調(diào)節(jié)作用的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)圖像可以得出，P值越大系統(tǒng)調(diào)節(jié)越快且對(duì)超調(diào)量幾乎無(wú)影響，同時(shí)P是改變了調(diào)節(jié)力度而增快的調(diào)節(jié)時(shí)間，之后得到了一個(gè)較為好的圖像我們又將固定，從而改變I的值，研究積分的作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)圖可以得出，微分影響著到大

23、穩(wěn)定的時(shí)間和超調(diào)量的大小，同理我們選取了一個(gè)PI效果較好的圖形進(jìn)行D的調(diào)節(jié)，從而觀(guān)察微分的作用，可以看出D可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，對(duì)偏差的變化進(jìn)行提前預(yù)判。水平雙容液位PID控制 P=1 I=1.5 D=0 20-50 P=1 I=2 D=0.01 20-50 P=0.9 I=2 D=0 50-20P=0.9 I=2 D=0 50-20垂直雙容液位PID控制P=1 I=50 D=0P=1.8 I=1.9 D=0 P=2 I=2 D=0 P=2 I=2 D=06.1.2結(jié)果分析通過(guò)前邊的控制變量的研究方法，大體得出了P、I、D分別控制著什么，我們從實(shí)驗(yàn)推薦的參數(shù)入手，并結(jié)合報(bào)告說(shuō)明書(shū)中的范例圖片

24、，進(jìn)行PID的調(diào)節(jié)，最終得到了較好的圖像。6.2流量控制6.2.1實(shí)驗(yàn)步驟1、將手閥JV22，JV26完全打開(kāi)，其余閥門(mén)關(guān)閉。水箱容器只是作為水介質(zhì)流通回路的一個(gè)部分。2、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面。3、啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置到手動(dòng)狀態(tài)，把輸出值設(shè)定到比較大的狀態(tài)，同時(shí)檢測(cè)流量計(jì)的流量測(cè)量。經(jīng)過(guò)1分鐘后，流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。4、把調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。5、在自動(dòng)控制下系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)行調(diào)試，測(cè)試圖片如下。P=0.5 I=0.1 D=0 P=1 I=0.1 D=0 P=1.5 I=0.5 D=0.016.2.2結(jié)果分析我們通過(guò)之前實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和軟件中的建議參數(shù)，先嘗試了第三個(gè)圖的實(shí)驗(yàn)

25、（P=1.5 I=0.5 D=0.01），之后和實(shí)訓(xùn)說(shuō)明書(shū)的范例圖像做一個(gè)對(duì)比,感覺(jué)超調(diào)量過(guò)小了，增加了積分作用，但又擔(dān)心調(diào)節(jié)力度會(huì)使曲線(xiàn)震蕩，所以我們稍微的縮小了比例增益，然后得到第二個(gè)圖，和對(duì)比圖相比 超調(diào)量還是有些小，我們又嘗試了一下，這回我們繼續(xù)稍微增大了積分的數(shù)值，看到圖像出現(xiàn)了細(xì)小的穩(wěn)態(tài)誤差，所以沒(méi)有繼續(xù)去測(cè)試，得到了以上的圖片。，6.3壓力控制6.3.1實(shí)驗(yàn)步驟1、編寫(xiě)控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，將手閥JV22，JV26完全打開(kāi)，其余閥門(mén)關(guān)閉。水箱容器只作為水介質(zhì)流通回路的一個(gè)部分。調(diào)速器打開(kāi)一半。3、在控制機(jī)柜上，把I

26、O面板的管道壓力（PT102）信號(hào)端子通過(guò)實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)連到AI0端，面板上的調(diào)速器（U102）控制端連接到控制器AO1端。注意：具體哪個(gè)通道連接指定的傳感器和執(zhí)行器依賴(lài)于控制器編程。對(duì)于全連好線(xiàn)的系統(tǒng)，例如DCS，則必須按照已經(jīng)接線(xiàn)的通道來(lái)編程。4、打開(kāi)設(shè)備電源，包括調(diào)速器電源。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面。7、啟動(dòng)水泵P102電源。8、啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，把調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。注意：控制器必須是正作用的，因?yàn)橐雺毫υ黾?，必須減少調(diào)速器開(kāi)度，而不是增加調(diào)速器開(kāi)度。9、設(shè)置PID控制器參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗(yàn)法來(lái)整定參數(shù)。P=

27、1.75 I=0.5P=1.75 I=0.6P=1.75 I=0.656.3.2結(jié)果分析這個(gè)試驗(yàn)中，我們第一次 P=1.75，I=0.65 D=0的的嘗試，得到的圖像就比較理想，但是我們觀(guān)察后，發(fā)現(xiàn)圖中有一點(diǎn)微小的穩(wěn)態(tài)誤差，所以我們又嘗試了一下增加了一下微分的作用，后來(lái)發(fā)現(xiàn)效果就更好，得到了積分可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。7 流量液位串級(jí)控制7.1實(shí)驗(yàn)步驟1、編寫(xiě)控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開(kāi)手閥JV12、JV16，JV22，JV26。3、在控制系統(tǒng)上，將支路1流量變送器（FT101）輸出連接到控制器AI0，將支路2流量變送器（FT102）輸

28、出連接到控制器AI1，U101控制端連接到AO0，調(diào)速器U102控制端連接到AO1，且U101手動(dòng)控制。4、打開(kāi)設(shè)備電源，包括調(diào)速器電源，變頻器電源，變頻器設(shè)為外部信號(hào)操作模式。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，將調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。7、啟動(dòng)水泵P102。8、設(shè)置PID控制器參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗(yàn)法來(lái)整定參數(shù).建議：因?yàn)镻ID的SP值會(huì)有一定的波動(dòng)，所以控制的穩(wěn)定性稍差，有一些難度。注意控制目標(biāo)是比值的穩(wěn)定，而給定值也是比值；干擾可以是K值的改變，也可以是變頻器控制量的改變（從而改變FT101）。主P=1.5 I=0.6 副P(pán)=1 I=0.5 流量0.53 液位14.8主P=2 I=0.5 副P(pán)=2 I=1.25 流量0.53 液位14.8主P=2 I=0.2 副P(pán)=1.5 I=0.57.2結(jié)果分析這里的實(shí)驗(yàn)自己沒(méi)有怎么參與，我的同組同學(xué)得到的圖像可以看出，穩(wěn)態(tài)誤差較大，波動(dòng)較為頻繁?？梢钥吹絇ID1_PV的曲線(xiàn)在上升后下降速度快，要增大主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。之后又增大了副調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)值。通過(guò)比較可以看出后一幅圖更滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。8實(shí)踐總結(jié)8.1 目標(biāo)，過(guò)程，結(jié)果等分析目標(biāo)：第一章簡(jiǎn)要地介紹了A1000小型過(guò)程控制試驗(yàn)系統(tǒng)的軟、硬件構(gòu)成原理及使