《化工過(guò)程控制》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、實(shí)用文案化工過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)紹興文理學(xué)院教務(wù)處二零一三年三月目錄實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)二、上水箱液位PID參數(shù)整定控制實(shí)驗(yàn)9實(shí)驗(yàn)三、鍋爐夾套和鍋爐內(nèi)膽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)17實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ）、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。2）、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)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬(wàn)用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線(xiàn)1根、實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單容水箱如圖1-1所示：圖1-1、單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)原理階躍響

2、應(yīng)測(cè)試法是系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)運(yùn)行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過(guò)調(diào)節(jié)器或其 他操作器，手動(dòng)改變對(duì)象的輸入信號(hào)（階躍信號(hào)）。同時(shí)，記錄對(duì)象的輸出數(shù)據(jù) 或階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，然后根據(jù)已給定對(duì)象模型的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 確定模型中各參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法， 不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方 法。單容水箱對(duì)象模型用一階加時(shí)滯環(huán)節(jié)來(lái)近似描述時(shí)，常可用兩點(diǎn)法直接求取 對(duì)象參數(shù)。如圖1-1所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Qi,出水量為Q2,水箱的液面高度為h， 出水閥V固定于某一開(kāi)度值。根據(jù)物料動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)系，求得：十Ah=R d t在零初始條件下，對(duì)上式求拉氏變換，得：廣產(chǎn)H SRKG滬 Q.S)-R/C*

3、S +1-T*S+ 1式中，T為水箱的時(shí)間常數(shù)（注意：閥V2的開(kāi)度大小會(huì)影響到水箱的時(shí)間常數(shù)）T=R 2*C，K=R 2為過(guò)程的放大倍數(shù)，R2為V閥的液阻，C為水箱的容量系數(shù)令輸入流量Qi（S） =Ro/S，Ro為常量，則輸出液位的高度為:K?KR當(dāng)t=T時(shí)，則有:h(T)=KRo(1-e-1)=O.632KR o=O.632h(泊即 h(t)=KR o(1-e-t/T)當(dāng)t > x時(shí)，h （x） =KRo，因而有K=h (%)/ro=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入式(1-2 )表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線(xiàn)是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2 所示。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖1-2所示的圖1-2、階躍響應(yīng)曲線(xiàn)階躍

4、響應(yīng)曲線(xiàn)后，該曲線(xiàn)上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對(duì)應(yīng)時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T，該時(shí)間常數(shù)T也可以通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線(xiàn)作切線(xiàn)，切線(xiàn)與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T，理論依據(jù)是：其/、dh(t)dtT上式表示h (t)若以在原點(diǎn)時(shí)的速度h (%)/t恒速變化，即只要花T秒 時(shí)間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h (%)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、設(shè)備的連接和檢查：(1 )、關(guān)閉閥1、閥22將AE2000實(shí)驗(yàn)對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌滿(mǎn)水(至最高高度)。(2) 、打開(kāi)以丹麥泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)組成的動(dòng)力支路至上水箱的出水閥門(mén)：閥1、閥4、閥6,關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對(duì)象的切換閥門(mén)：閥2、閥10、 閥17、閥20。（3）、打開(kāi)

5、上水箱的出水閥：閥8至適當(dāng)開(kāi)度（4）、檢查電源開(kāi)關(guān)是否關(guān)閉2、系統(tǒng)連線(xiàn)圖： e 1.電押刖売盧-11I-h. n -.LFhH叭肯首咗 QQrOQ 鶴g斗口 fj圖1-3、實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖6oSr£3 .kipwF<CHOX *sA*<a-Q1OJ6*dIs- vn ofiTO6wo yTOJdS S b sF°Or°ejyti.w. g.b k>b 4抽 nTTP rh PJlof Ldtmsa %PoHaMfillu I1 *i* a la_ilqAo,dr *«h»h i0307壓力S1 ）、如圖1-3所示：將I/O信號(hào)接口板

6、上的上水箱液位的鈕子開(kāi)關(guān)打到ON位置。2） 、將上水箱液位+ （正極）接到任意一個(gè)智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的+極）， 上小水箱液位-（負(fù)端）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的-極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的420mA輸出端的7端（即+極）接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的420mA 輸入端的 +端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的 420mA 輸出端的 5 端（即 -極）接 至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的 420mA 輸入端的 -（即負(fù)極）。4）、電源控制板上的三相電源、單相I、 單相U的空氣開(kāi)關(guān)、單相泵電源開(kāi)關(guān)打 在關(guān)的位置。5）、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的 220V 電源開(kāi)關(guān)打在關(guān)的位置 。6）、智能調(diào)節(jié)儀的 220V 輸入的 L 端（即 9 端）

7、和 N 端（即 10 端）也分別接 單相U（ 220V/5A ）的2L端和2N端。3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1 ） 、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到三相 380V 的三相交流電源。 2）、打開(kāi)電源三相帶漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)和總電源鑰匙開(kāi)關(guān)。3 ） 、按下電源控制屏上的啟動(dòng)按鈕，即可開(kāi)啟電源，電壓表指示380V。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）開(kāi)啟單相I空氣開(kāi)關(guān)、單相U空氣開(kāi)關(guān)根據(jù)儀表使用說(shuō)明書(shū)和液位傳感器使 用說(shuō)明調(diào)整好儀表各項(xiàng)參數(shù)和液位傳感器的零位、 增益，儀表輸出方式設(shè)為手動(dòng) 輸出，初始值為 0。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī) MCGS 組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖所示：3 ）、雙擊設(shè)定輸出按鈕，進(jìn)行設(shè)定輸出值的大小， 或者在儀表手

8、動(dòng)狀態(tài)下，按住儀表的STOP鍵將儀表的輸出值上升到所想設(shè)定的值，這個(gè)值根據(jù)閥門(mén)開(kāi)度的大 小來(lái)給定，一般初次設(shè)定值5。開(kāi)啟單相泵電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)動(dòng)力支路。將被控 參數(shù)液位高度控制在20%處（一般為5cm ）。4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄調(diào)節(jié)儀輸出值，以及水箱水位的高度 hi和智能儀表的測(cè)量顯示值并填入下表。儀表輸出值水箱水位高度hl儀表顯示值0100cmcm5）、迅速增加儀表手動(dòng)輸出值，增加 5%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過(guò)程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得，以此數(shù)據(jù)繪制變化曲線(xiàn)t （秒）水箱水位h i （cm）儀表讀數(shù)（cm）6）、直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。

9、再次記錄平衡時(shí)的下列數(shù)據(jù)，并填入下表:儀表輸出值水箱水位高度h1儀表顯示值0100cmcm7）、將儀表輸出值調(diào)回到步驟5）前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引 起的階躍響應(yīng)過(guò)程參數(shù)與曲線(xiàn)。填入下表：t （秒）水箱水位h 1 （cm）儀表讀數(shù)（cm）7 ）、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)六、注意事項(xiàng)（1 ）做本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，閥8不得任意改變開(kāi)度大小。2）階躍信號(hào)不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過(guò)小，以防止對(duì)象特性的不真實(shí)性。一般階躍信號(hào)取正常輸入信號(hào)的 5%15%（3）在輸入階躍信號(hào)前，過(guò)程必須處于平

10、衡狀態(tài)。七、思考題（1）在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化閥 8 的開(kāi)度大??？（2）用兩點(diǎn)法和用切線(xiàn)對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，它們各有什么特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)二、上水箱液位 PID 參數(shù)整定控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、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)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、 AE2000A 型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置、上位機(jī)軟件 、 計(jì)算機(jī)、 RS232-485 轉(zhuǎn)換器1 只、串口線(xiàn) 1 根。2）、萬(wàn)用表一只三、實(shí)驗(yàn)原理給定液位擾動(dòng)+圖4-1圖4-1為單回路上水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般

11、指在一個(gè)調(diào) 節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)， 其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度， 即控制的任務(wù)是控制上小水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后， 接下來(lái)就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個(gè)單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后， 控制質(zhì)量的 好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。 合適的控制參數(shù)，可以帶來(lái)滿(mǎn)意的控制 效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。 因此，當(dāng)一個(gè)單回路系統(tǒng)組成好以后，如何整定好控制器參數(shù)是一個(gè)很重要的實(shí) 際問(wèn)題

12、。一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度S的大小不僅 會(huì)影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)余差，而且只要參數(shù)S,Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無(wú)余差存在，又能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖5-2中的曲線(xiàn)、所示。圖4-2、P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、設(shè)備

13、的連接和檢查：（1 ）、將AE2000A實(shí)驗(yàn)對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌滿(mǎn)水（至最高高度）。（2）、打開(kāi)以丹麥泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)組成的動(dòng)力支路至上水箱的出水閥門(mén)：閥1、閥4、閥6,關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對(duì)象的切換閥門(mén)：閥2、閥10、閥17、閥20。（3）、打開(kāi)上水箱的出水閥：閥8，至適當(dāng)開(kāi)度。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-2所示：H6KD 6001/h£:-lCDCrm：I二Fri卒例爐上小t紹.卜小朮誕Aaflti?-_h-JO閥1閥2閥4閥5閥Blid 10閥1】Hl 2岡£EAA閔HJF滅Afi«fl.W閥13閥2閥5閥8閥19K20閥21H22閥23閥Mft*ffM住

14、7;A&Sif#AA圖4-2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(4) 、檢查電源開(kāi)關(guān)是否關(guān)閉t » I -4 R二jgob2、系統(tǒng)連線(xiàn)如圖4-3所示：4<l If Hfinh - ?j61r -HJIC *'&律 lgI-Df.ooHi fl Vi <HA PA0 0 0 6右LeB-b viii L k|rh6o3)rO卜泊"甲產(chǎn)O-AYd-10J02f 直It囉曲物 、mttnCOM4-!0 00-0嚴(yán)豺:er*4h»h1力e遲* i心;c；Uii:JCJ oiAVTO '.rvx- .Qfl4o OTTOTP k-B wQrtuAYA

15、 -OMV 9BJO1AfFM帕耐首I <jO pO pO O &氏 Atg 島 >VD_ s 3 5 seoee jyd.3009"2；A.FR圖 4-3 、上水箱液位 PID 參數(shù)整定控制接線(xiàn)圖1）、將 I/O 信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子開(kāi)關(guān)打到 ON 位置。2）、將上水箱液位+ （正極）接到任意一個(gè)智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的+極）, 將上水箱液位-（負(fù)端）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的-極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的 420mA 輸出端的 7 端（即 + 極）接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的 420mA 輸入端的 + 端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的 420mA 輸出端的

16、5 端（即 -極）接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的 420mA 輸入端的 -（即負(fù)極）。4）、智能調(diào)節(jié)儀的220V輸入的L端（即9端）和N端（即10端）分別接單 相（ 220V/5A ）的2L端和2N端。5 ）、三相電源、單相I、單相U空氣開(kāi)關(guān)打在關(guān)的位置3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1 ）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到三相 380V 的三相交流電源。2）、打開(kāi)電源三相帶漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)和總電源鑰匙開(kāi)關(guān)。3 ） 、按下電源控制屏上的啟動(dòng)按鈕，即可開(kāi)啟電源，電壓表指示380V。4）、開(kāi)啟單相I、單相U空氣開(kāi)關(guān)，調(diào)整好儀表各項(xiàng)參數(shù)（儀表初始狀態(tài)為手動(dòng) 且為 0）和液位傳感器的零位。5）、啟動(dòng)智能儀表，設(shè)置好儀表參數(shù)。（一）比例調(diào)節(jié)控

17、制1 ）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī) MCGS 組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如圖所示：口承申力-"t nltliF .*ttiJ：*：7?nn?-i 1-ih匕小水箱液住FID魯數(shù)護(hù)疋幽 匸時(shí)片U | “ :匕“：-；":2）、打開(kāi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和單相電源泵開(kāi)關(guān)，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。3）、設(shè)定給定值，調(diào)整P參數(shù)。4）、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)）。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。7）、減小P重復(fù)步驟5,觀察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，并記錄余差大小。8、增大P重復(fù)步驟5,觀察過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，并記錄余差大小。9）、選擇合

18、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)。10）、注意：每當(dāng)做完一次試驗(yàn)后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗(yàn)。（二）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1 ）、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)不為 0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值， 以驗(yàn)證PI控制下，系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)無(wú)余差 存在。2）、固定比例P值（中等大?。?，改變PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)值 Ti，然后 觀察加階躍擾動(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c p。表二、不同Ti時(shí)的超調(diào)量c p積分時(shí)間常數(shù)Ti大中小超調(diào)量cp3）、固定于某一中間值，

19、然后改變 P的大小，觀察加擾動(dòng)后被調(diào)量輸出的 動(dòng)態(tài)波形，據(jù)此列表記錄不同值 Ti下的超調(diào)量c p。表二、不同3值下的c p比例P大中小超調(diào)量cp4）、選擇合適的P和T值，使系統(tǒng)對(duì)階躍輸入擾動(dòng)的輸出響應(yīng)為一條較滿(mǎn) 意的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)。此曲線(xiàn)可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0% ）來(lái)獲得。（三）、比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制1）、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)，然后加上與前面實(shí)驗(yàn)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)，并與實(shí)驗(yàn)（二）PI控制下的曲線(xiàn)相比較，由此可看到微分D 對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2）、選擇合適的P、Ti和Td，使系統(tǒng)

20、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50%突變至60%來(lái)實(shí)現(xiàn)）。3）、在歷史曲線(xiàn)中選擇一條較滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)進(jìn)行記錄。（四）、用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)常用下述實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定。用臨界比例度法去整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)是既方便又實(shí)用的。它的具體做法是：1、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小調(diào)節(jié)器的比例度S （即1/P、，并且每當(dāng)減小一次比例度待被調(diào)量回復(fù)到平衡狀態(tài)后，再手動(dòng)給系統(tǒng)施加一個(gè)5%15%的階躍擾動(dòng)，觀察被調(diào)量變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。若被調(diào)量為衰減的振蕩曲線(xiàn)，則應(yīng)繼續(xù) 減小比例度3，直到輸出響應(yīng)曲線(xiàn)呈現(xiàn)等幅振蕩為止。如果響應(yīng)曲線(xiàn)出現(xiàn)發(fā)散振 蕩，則表

21、示比例度調(diào)節(jié)得過(guò)小，應(yīng)適當(dāng)增大， 使之出現(xiàn)等幅振蕩。圖5-2為它的 實(shí)驗(yàn)方塊圖。圖5-3、具有比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)2）、在圖5-3所示的系統(tǒng)中，當(dāng)被調(diào)量作等幅蕩時(shí)，此時(shí)的比例度S就是臨 界比例度，用S k表示之，相應(yīng)的振蕩周期就是臨界周期Tk。據(jù)此，按下表可確定PID調(diào)節(jié)器的三個(gè)參數(shù)3、Ti和Td。圖5-4、具有周期Tk的等幅振蕩表四、用臨界比例度3 k整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱(chēng)'3kTi(S)Td(S)P2 3PI2.2 3kTk/1.2PID1.6 3k0.5Tk0.125Tk3）、必須指出，表格中給出的參數(shù)值是對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的一個(gè)初略設(shè)計(jì)，因?yàn)樗歉鶕?jù)大量實(shí)驗(yàn)而得

22、出的結(jié)論。 若要就得更滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)過(guò)程（例如：在階躍作 用下，被調(diào)參量作4: 1地衰減振蕩），則要在表格給出參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)3、 Ti （或Td、作適當(dāng)調(diào)整。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 ）、畫(huà)出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。2）、用接好線(xiàn)路的單回路系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)練習(xí)，并敘述無(wú)擾動(dòng)切換的方法。3）、用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，寫(xiě)出三種調(diào)節(jié)器的余差和超調(diào)量。4）、作出P調(diào)節(jié)器控制時(shí)，不同3值下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。5）、作出PI調(diào)節(jié)器控制時(shí)，不同3和Ti值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。6）、畫(huà)出PID控制時(shí)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，并分析微分 D的作用。7）、比較P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)無(wú)差度和動(dòng)態(tài)性能的影響。四、注意事項(xiàng)1

23、）、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。五、思考題1）、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在運(yùn)行前應(yīng)做好哪能些準(zhǔn)備工作？2）、為什么要強(qiáng)調(diào)無(wú)擾動(dòng)切換？3） 、試定性地分析三種調(diào)節(jié)器的參數(shù)3、 （3、Ti）和（3、Ti和Td ）。的變化對(duì)控制過(guò)程各產(chǎn)生什么影響？4）、如何實(shí)現(xiàn)減小或消除余差？純比例控制能否消除余差？實(shí)驗(yàn)三、鍋爐夾套和鍋爐內(nèi)膽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制特點(diǎn)。2）、掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法3）、研究階躍擾動(dòng)分別作用在副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主被控量的影響。、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備AE2000A 型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置：配置：上位機(jī)軟件、 計(jì)算機(jī)、 RS232-4

24、85 轉(zhuǎn)換器 1 只、串口線(xiàn) 1 根。、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：0- 600V-1 Cdsfi也廚H HI三=11-三Z三=-三_一三一 3-i=-=«-=-B-=Y=-= S 二三二三二三二_= - -i»=isl=3-=z- =R= =!-= =!=-圖11-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、實(shí)驗(yàn)原理圖11-2溫度串級(jí)控制系統(tǒng)1、串級(jí)控制系統(tǒng)的組成圖 12-2 為一溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)具有 2 個(gè)調(diào)節(jié)器和 2 個(gè)閉合回路 和兩個(gè)執(zhí)行對(duì)象， 2 個(gè)調(diào)節(jié)器分別設(shè)置在主、副回路中，設(shè)在主回路的調(diào)節(jié)器稱(chēng) 主調(diào)節(jié)器， 設(shè)在副回路的調(diào)節(jié)器稱(chēng)為副調(diào)節(jié)器。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接， 主調(diào)節(jié)器 的輸出作為副回

25、路的給定量， 主、副調(diào)節(jié)器的輸出分別去控制二個(gè)執(zhí)行元件。 主 對(duì)象的輸出為系統(tǒng)的被控制量鍋爐夾套溫度，副對(duì)象的輸出是一個(gè)輔助控制變 量。2、串級(jí)系統(tǒng)的抗干擾能力 串級(jí)系統(tǒng)由于增加了副回路，對(duì)于進(jìn)入副環(huán)內(nèi)的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用， 因此作用于副環(huán)的干擾對(duì)主變量的影響就比較小， 系統(tǒng)的主回路是定值控制， 而 副回環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控制。 在設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)， 要求系統(tǒng)副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要 遠(yuǎn)小于主對(duì)象。此外，為了指示系統(tǒng)的控制精度，一般主調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成PI或PID 調(diào)節(jié)器，而副調(diào)節(jié)器一般設(shè)計(jì)為比例 P 控制，以提高副回路的快速響應(yīng)。在搭 實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路時(shí)， 要注意到兩個(gè)調(diào)節(jié)器的極性 （目的是保證主、 副回路都是負(fù)反饋控 制）。3、串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路的控制系統(tǒng)相比串級(jí)