過(guò)控綜合性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2008-4-21

PAGEPAGE15目錄緒論 1THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的概述 2實(shí)驗(yàn)一被控對(duì)象特性測(cè)試 6單容水箱特性的測(cè)試 6實(shí)驗(yàn)二單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 10上水箱(中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng) 10實(shí)驗(yàn)三串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 12下水箱液位與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 12實(shí)驗(yàn)四前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 14下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng) 141被控對(duì)象特性測(cè)試單容水箱特性的測(cè)試2驗(yàn)證2單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng)2驗(yàn)證3串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)下水箱液位與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量的串級(jí)控制系統(tǒng)2綜合4前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)3綜合串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)被設(shè)定為綜合性實(shí)驗(yàn)的理由：在結(jié)構(gòu)上串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，不但在結(jié)構(gòu)上多了一臺(tái)變送器和一臺(tái)調(diào)節(jié)器，而且在功能上具有具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾；2）能改善被控對(duì)象的特性，提高系統(tǒng)克服干擾的能力；3）提高了控制系統(tǒng)的控制精度。另外本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了液位和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，更加增加了綜合性。前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)被設(shè)定為綜合性實(shí)驗(yàn)的理由：它是結(jié)合兩種不同控制方式的控制系統(tǒng)，既發(fā)揮了前饋校正作用及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多種擾動(dòng)及對(duì)被控變量最終檢驗(yàn)的長(zhǎng)處。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到兩種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，又能了解到它們綜合控制的優(yōu)點(diǎn)。

緒論過(guò)程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制，它是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著越來(lái)越大的作用?！癟HJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”是為了配合過(guò)程控制工程與自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)控制等相關(guān)課程的教學(xué)而設(shè)計(jì)開發(fā)的。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開放性、綜合性人才的培養(yǎng)原則出發(fā)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象采用當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的對(duì)象，如水箱、鍋爐。儀表采用具有人工智能算法及通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件。對(duì)象系統(tǒng)還留有擴(kuò)展連接口，擴(kuò)展信號(hào)接口便于控制系統(tǒng)二次開發(fā)，以便進(jìn)行DCS控制，亞當(dāng)模塊控制，PLC控制開發(fā)。學(xué)生通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的了解和使用，進(jìn)入企業(yè)后能很快地適應(yīng)環(huán)境進(jìn)入角色。同時(shí)該系統(tǒng)也為教師和研究生提供一個(gè)高水平的學(xué)習(xí)和研究開發(fā)平臺(tái)。在當(dāng)今高校教學(xué)改革的大潮中，各高校的老師明顯地意識(shí)到學(xué)生素質(zhì)教育的重要性，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)、名牌大學(xué)為了更好地提高學(xué)校的知名度，要求建設(shè)高檔次、開放性的實(shí)驗(yàn)室，甚至有些學(xué)校為了擴(kuò)大研究生的招生，要求建設(shè)研究生實(shí)驗(yàn)基地等。但目前各高校的教學(xué)中理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，基于這一現(xiàn)象，并響應(yīng)各大高校的呼吁，征求了廣大教師的意見(jiàn)，我公司設(shè)計(jì)開發(fā)了“THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”。學(xué)生在本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)后可掌握以下內(nèi)容：1、傳感器特性的認(rèn)識(shí)和零點(diǎn)遷移；2、自動(dòng)化儀表的初步使用；3、變頻器的基本原理和初步使用；4、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和原理；5、測(cè)定被控對(duì)象特性的方法；6、單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；7、串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；8、復(fù)雜控制回路系統(tǒng)的參數(shù)整定；9、控制參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的要求；實(shí)驗(yàn)過(guò)程的基本程序：1、明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)；2、提出實(shí)驗(yàn)方案；3、畫實(shí)驗(yàn)接線圖；4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，做好觀測(cè)和記錄；5、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在進(jìn)行本書中的綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)，上述程序應(yīng)盡量讓學(xué)生獨(dú)立完成，老師給予必要的指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，要做好各主題實(shí)驗(yàn)，就應(yīng)做到：實(shí)驗(yàn)前有準(zhǔn)備；實(shí)驗(yàn)中有條理，實(shí)驗(yàn)后有分析。

THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的概述一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)裝置總貌圖“THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”是基于工業(yè)過(guò)程的物理模擬對(duì)象，它集自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置是本企業(yè)根據(jù)自動(dòng)化及其它相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)，吸收了國(guó)內(nèi)外同類實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長(zhǎng)處，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證，推出了一套全新的實(shí)驗(yàn)裝置，該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，前饋—反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)構(gòu)成DDC，DCS，PLC，F(xiàn)CS等多種控制系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)裝置既可作為本科，?？?，高職過(guò)程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可為研究生及科研人員對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)的研究提供物理模擬對(duì)象和實(shí)驗(yàn)手段。二、系統(tǒng)組成本實(shí)驗(yàn)裝置由被控對(duì)象和控制儀表兩部分組成。系統(tǒng)動(dòng)力支路分兩路：一路由三（380V交流）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由日本三菱變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻）、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。1、被控對(duì)象由不銹鋼儲(chǔ)水箱、上、中、下三個(gè)串接有機(jī)玻璃圓筒形水箱、4.5千瓦電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成)、冷熱水交換盤管和敷塑不銹鋼管道組成。水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、中、下水箱采用優(yōu)質(zhì)淡藍(lán)色圓筒型有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為：d=25cm,h=20cm；

下水箱尺寸為：d=35cm,h=20cm。水箱結(jié)構(gòu)非常獨(dú)特，有三個(gè)槽，分別是緩沖槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階液位單回路控制實(shí)驗(yàn)和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級(jí)控制等實(shí)驗(yàn)。儲(chǔ)水箱是采用不銹鋼板制成，尺寸為：長(zhǎng)寬高=68cm52㎝43㎝完全能滿足上、中、下水箱的實(shí)驗(yàn)需要。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過(guò)濾網(wǎng)罩，防止兩套動(dòng)力支路進(jìn)水時(shí)有雜物進(jìn)入泵中。模擬鍋爐：本裝置采用模擬鍋爐進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)，此鍋爐采用不銹鋼精制而成，設(shè)計(jì)巧妙，由二層組成：加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）。做溫度單回路實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都有溫度傳感器檢測(cè)其溫度，可完成溫度的串級(jí)控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實(shí)驗(yàn)。盤管：長(zhǎng)37米（43圈），可做溫度純滯后實(shí)驗(yàn)，在盤管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的滯后時(shí)間常數(shù)。盤管出來(lái)的水既可以回流到鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)完成流量滯后實(shí)驗(yàn)。管道：整個(gè)系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。其中儲(chǔ)水箱底有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，將球閥打開將水直接排出。2、檢測(cè)裝置壓力傳感器、變送器：采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，含不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。壓力傳感器用來(lái)對(duì)上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，其精度為0.5級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串接24V直流電源。溫度傳感器：本裝置采用六個(gè)Pt100傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)上水箱出口、鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套以及盤管的水溫。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號(hào)。Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好。流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進(jìn)行測(cè)量。渦輪流量計(jì)型號(hào)：LWGY-10，流量范圍：0～1.2m3/h，精度：1.0%。輸出：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。本裝置用了三套渦輪流量傳感器、變送器。3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：采用智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為：QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，控制信號(hào)為4～20mADC或1～5VDC，輸出4～20mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。變頻器：本裝置采用日本三菱(FR-S520S-0.4K-CH(R))變頻器，控制信號(hào)輸入為4～20mADC或0～5VDC，～220V變頻輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵。水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ-8P，流量為32升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵。一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)?？梢葡郤CR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號(hào)為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。輸出電壓用來(lái)控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號(hào)為：2W-160-25；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2；工作溫度：－5～80℃。4．控制器本實(shí)驗(yàn)裝置基本配置的控制器有調(diào)節(jié)儀表、比值器/前饋-反饋補(bǔ)償器、解耦裝置。(還可根據(jù)需要擴(kuò)展遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和PLC可編程控制系統(tǒng))調(diào)節(jié)儀表本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置采用上海萬(wàn)迅儀表有限公司的AI系列儀表，本裝置有4臺(tái)調(diào)節(jié)器。其中三臺(tái)型號(hào)是AI-818，另一臺(tái)型號(hào)是AI-708。比值器、前饋-反饋裝置此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用既可以實(shí)現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，又可以實(shí)現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。解耦控制裝置此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用可以實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)膽與鍋爐夾套的溫度、上水箱液位與出口溫度的解耦控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。三、儀表綜合控制臺(tái)儀表控制臺(tái)面板由三部分組成：1、電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護(hù)，帶有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。2、儀表面板：1塊變頻調(diào)速器面板、3塊AI/818A智能調(diào)節(jié)儀面板、1塊AI/708A智能位式調(diào)節(jié)儀、解耦裝置面板，比值器/前饋-反饋裝置面板，各裝置外接線端子通過(guò)面板上自鎖緊插孔引出。3、I/O信號(hào)接口面板：該面板的作用主要是將各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上自鎖緊插孔相連，再通過(guò)航空插頭同對(duì)象系統(tǒng)連接，便于學(xué)生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)，進(jìn)行幾十種過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。五、系統(tǒng)軟件MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。六、裝置的安全保護(hù)體系1、三相四線制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護(hù)器裝置的三相四線制斷路器進(jìn)入系統(tǒng)電源后又分為三相電源支路和三個(gè)不同相的單相支路，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器。總電源設(shè)有三相通電指示燈和380V三相電壓指示表，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。2、控制屏電源由接觸器通過(guò)起、停按鈕進(jìn)行控制。

實(shí)驗(yàn)一被控對(duì)象特性測(cè)試被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立通常用下列二種方法。一種是分析法，即根據(jù)過(guò)程的機(jī)理，物料或能量平衡關(guān)系求得它的數(shù)學(xué)模型；另一種是用實(shí)驗(yàn)的方法確定。本章主要介紹被控對(duì)象對(duì)典型輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)確定它的數(shù)學(xué)模型。由于此法較簡(jiǎn)單，因而在過(guò)程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。單容水箱特性的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握單容水箱的階躍響應(yīng)的測(cè)試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法確定被測(cè)對(duì)象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2.計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件3.萬(wàn)用電表一只三、實(shí)驗(yàn)原理圖2-1單容水箱特性測(cè)試結(jié)構(gòu)圖由圖1-1可知，對(duì)象的被控制量為水箱的液位H，控制量（輸入量）是流入水箱中的流量Q1，手動(dòng)閥V1和V2的開度都為定值，Q2為水箱中流出的流量。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在平衡狀態(tài)時(shí)Q10-Q20=0（1）動(dòng)態(tài)時(shí)，則有（2）式中V為水箱的貯水容積，為水貯存量的變化率，它與H的關(guān)系為，即（3）A為水箱的底面積。把式（3）代入式（2）得（4）基于，RS為閥V2的液阻，則上式可改寫為即ARS+h=KQ1或?qū)懽?（5）式中T=ARS，它與水箱的底積A和V2的RS有關(guān)；K=RS。式（5）就是單容水箱的傳遞函數(shù)。若令Q1（S）=，R0=常數(shù)，則式（5）可改為H（S）=×=K-對(duì)上式取拉氏反變換得h(t)=KR0(1-e-t/T)（6）當(dāng)t—>∞時(shí)，h（∞）=KR0，因而有K=h（∞）/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入當(dāng)t=T時(shí)，則有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式（6）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(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2-2所示的階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%圖1-2單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線所對(duì)應(yīng)的時(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)曲線作切線，切線與穩(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，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。如果對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線為圖2-3，則在此曲線的拐點(diǎn)D處作一切線，它與時(shí)間軸交于B點(diǎn)，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點(diǎn)。圖中OB即為對(duì)象的滯后時(shí)間τ，BC為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T，所得的傳遞函數(shù)為：H(S)=圖1-3單容水箱的階躍響應(yīng)曲線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．按圖1-1接好實(shí)驗(yàn)線路，并把閥V1和V2開至某一開度，且使V1的開度大于V2的開度。2．接通總電源和相關(guān)的儀表電源，并啟動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵。3．把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動(dòng)操作位置，通過(guò)調(diào)節(jié)器增/減的操作改變其輸出量的大小，使水箱的液位處于某一平衡位置。4．手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器，使其輸出有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化（此增量不宜過(guò)大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一定的調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱的液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，如圖1-4所示。圖1-4單容箱特性響應(yīng)曲線5．啟動(dòng)計(jì)算機(jī)記下水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線。6．把由實(shí)驗(yàn)曲線所得的結(jié)果填入下表。參數(shù)值測(cè)量值液位hKTτ正向輸入負(fù)向輸入平均值五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．畫出單容水箱液位特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出單容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。

實(shí)驗(yàn)二單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)上水箱(中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?． 了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2． 掌握單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。3． 研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)裝置2．計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3．萬(wàn)用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的被控對(duì)象為上水箱，其液位高度作為系統(tǒng)的被控制量。系統(tǒng)的給定信號(hào)為一定值，它要求被控制量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。由反饋控制的原理可知，應(yīng)把圖2-7上水箱液位定值控制結(jié)構(gòu)圖上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測(cè)后的信號(hào)作為反饋信號(hào)。圖3-7為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2-8為控制系統(tǒng)的方框圖。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下無(wú)靜差，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID。圖2-8上水箱液位定值控制方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．按圖2-7要求，完成系統(tǒng)的接線。2．接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3．打開閥F1-1、F1-2、F1-6和F1-9，且把F1-9控制在適當(dāng)?shù)拈_度。4．選用單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中所述的某種調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定好調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。5．設(shè)置好系統(tǒng)的給定值后，用手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器的輸出，使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥給上水箱打水，待其液位達(dá)到給定量所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時(shí)，把調(diào)節(jié)器切換為自動(dòng)，使系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。6．啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件軟件，并進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加階躍擾動(dòng)（將給定量增加5%～15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。2）待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，適量改變閥F1-6的開度，以作為系統(tǒng)的擾動(dòng)，觀察并記錄在階躍擾動(dòng)作用下液位的變化過(guò)程。7．適量改變PI的參數(shù)，用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。2．列表記錄，在上述參數(shù)下求得系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下響應(yīng)曲線的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)三串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)下水箱液位與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量的串級(jí)控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2、掌握液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)的整定方法。3、研究階躍擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主控制量的影響。4、主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THJ-3型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3、萬(wàn)用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理圖3-1液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控量為下水箱的液位高度H，副控量為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量Q，它是一個(gè)輔助的控制變量。系統(tǒng)由主、副兩個(gè)回路所組成。主回路是一個(gè)恒值控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的主控制量H等于給定值；副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，要求副回路的輸出能正確、快速地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律，以達(dá)到對(duì)主控制量H的控制目的。不難看出，由于主對(duì)象下水箱的時(shí)間常數(shù)較大于副對(duì)象管道的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主擾動(dòng)（二次擾動(dòng)）作用于副回路時(shí)，在主對(duì)象未受到影響前，通過(guò)副回路的快速調(diào)節(jié)作用已消除了擾動(dòng)的影響。圖3-1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖3-2為該控制系統(tǒng)的方框圖。圖3-2液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖3-1要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。2、接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3、打開閥F1-1、F1-8，并把閥F1-11固定于某一合適的開度。4、按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置好副調(diào)節(jié)器的比例度。5、調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈4：1的衰減度，記下此時(shí)的比例度δS和周期TS。按查表所得的PI參數(shù)對(duì)主調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行整定。6、手動(dòng)操作主調(diào)節(jié)器的輸出，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥給下水箱打水，待下水箱液位相對(duì)穩(wěn)定且等于給定值時(shí)，把主調(diào)節(jié)器改為自動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行。7、打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，并進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，設(shè)定值加一合適的階躍擾動(dòng)，觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。2）適量打開閥F2-5，觀察并記錄階躍擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)被控制量的響應(yīng)過(guò)程。3）關(guān)閉閥F2-5，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，適量打開電動(dòng)閥兩端的旁路閥F1-3，觀察并記錄階躍擾動(dòng)作用于副對(duì)象時(shí)系統(tǒng)被控制量的影響。8、通過(guò)反復(fù)對(duì)主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較滿意的動(dòng)、靜態(tài)性能。用計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、畫出本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖2、按4：1衰減曲線法，求得主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并把最終調(diào)試的值一并列表表示。3、畫出擾動(dòng)分別作用于主、副對(duì)象時(shí)輸出響應(yīng)曲線，并對(duì)系統(tǒng)的抗擾性作出評(píng)述實(shí)驗(yàn)四前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解前饋－反饋控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。2、掌握前饋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法。3、掌握前饋－反饋控制系統(tǒng)參數(shù)的整定與投運(yùn)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THJ-3高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。3、萬(wàn)用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理反饋控制是按照被控參數(shù)與給定值之差進(jìn)行控制的。它的特點(diǎn)是，調(diào)節(jié)器必須在被控參數(shù)出現(xiàn)偏差后才能對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)償干擾對(duì)被控參數(shù)的影響?；谶^(guò)程控制系統(tǒng)總具有滯后特性，因而從干擾的產(chǎn)生到被控參數(shù)的變化，需要一定長(zhǎng)的時(shí)間后，才能使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)作用，從而對(duì)干擾產(chǎn)生的影響得不