1、最新自动化设计专业过程控制工程实验报告完美版3过程控制工程实验报告班级： 自动化10-5 姓名： 学号： 实验一 单回路控制系统实验目的：1、掌握过程试验装置的结构和管路流程，掌握控制程序的操作使用方法。2、掌握对象特性测试方法。实验原理实验内容建立单容水箱和双容水箱的数学模型数据处理1、单容水箱（u=4649 y=5053.2）起始值50，稳定值53.2，由于稳态值的0.632倍对应得时间为T即：50+（53.2-50）*0.632=52.0224对应的时间减去初始时间即为T=90s延迟时间=2s故传递函数为 2、双容水箱（u=4649 y=14.617.3）K=0.9起始值14.6，稳定值
2、17.3。稳态值的0.4倍对应得时间为t1，即14.6+（17.3-14.6）*0.4=15.68 对应时间减起始时间为 t1=142稳态值的0.8倍对应得时间为t2，即14.6+（17.3-14.6）*0.8=16.76 对应时间减起始时间为t2=308解得： 延迟时间=2s故传递函数为： 实验二 PID参数整定 实验目的：1、了解单回路控制的特点和调节品质，掌握PID 参数对控制性能的影响。2、学会分析执行器风开风关特性的选择及调节器正反作用的确定。3、初步掌握单回路控制系统的投运步骤以及单回路控制器参数调整方法。实验原理实验内容与流程以第1 套实验装置为例，在A3000 高级过程控制实验
3、系统中，如图1.4 所示组成单回路控制系统。实验结果1、SV： 54.664.6 P=40% Ti=54min Td=02、SV:：62.9%52.9% P=40% Ti=2.45min Td=03、SV：52.9%62.9% P=40% Ti=2.45min Td=29.4s4、加扰动思考与讨论1、分析比例、积分、微分对控制系统的作用比例控制为基于偏差的控制，系统响应速度快。系统的各项性能指标与Kp大小有关，随着比例系数Kp的增大，比例作用增强，系统的响应速度加快，上升时间、调节时间、峰值时间减小，稳态误差逐渐减小；但超调量增大，系统稳定性降低，当Kp过大时，系统可能会不稳定。比例积分控制为
4、无偏差控制，无稳态误差。在Kp不变的前提下，系统的各项性能指标与Ti大小有关，随着积分系数Ti的增大，积分作用减弱，系统的响应速度加快，系统调节时间减小，超调量减小，系统稳定性提高，当Ti过小时，积分作用很强，系统相应速度慢，系统可能会不稳定。微分作用通过提供超前作用使得被控过程趋于稳定，因此它常用来抵消积分作用带来的不稳定。实验三 串级控制系统 实验目的：1、学习闭环串级控制的原理。2、了解闭环串级控制的特点。3、掌握闭环串级控制的设计。4、初步掌握串级控制系统的投运步骤以及闭环串级控制器参数调整。实验流程以第1 套实验装置为例，在A3000 高级过程控制实验系统中，如图2.1 所示组成单容
5、的液位流量串级控制系统。实验以串级控制系统来控制下水箱液位，以第1 支路流量为副对象，左边水泵经变频控制直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，所以选为副回路参数。下水箱为主对象，流量的改变需要经过一定时间才能反映到液位，时间常数比较大，时延大。所以选为主回路参数。该控制系统结构图如图2.2。实验内容及步骤1、串级控制回路的投运步骤正确投用串级控制回路，在此过程中考虑DCS 是如何实现无扰切换的，学习在DCS上副调节器和主调节器的投用方法与步骤，具体如下：（1）等到液位达到一定的高度后，在画面上调出FIC1001 的调节面板，用鼠标
6、左键点击面板上的自动按钮，将FIC1001 切入自动；（2）在画面上调出LIC1003 的调节面板，用鼠标左键点击面板上的串级按钮，将LIC1003 切入串级；（3）在LIC1003 或者FIC1001 调节面板上，用鼠标左键点击手动按钮，就能将相应的调节器切至手动；（4）另一种串级的投用方法：在画面上调出FIC1001 的调节面板，用鼠标左键点击面板上的串级按钮，就能将整个串级回路投用。2、串级控制回路的整定（1）先整定副回路的PID 参数，有两种方法，一种是象简单控制系统那样整定，满足规定的衰减比；另一种是鉴于副回路处于次要地位，不对其参数整定做过多要求，而是参照经验值一次设置好。（2）主
7、调节器参数按照单回路系统方法进行整定（比如4:1）。通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和较高的控制精度。记录最佳的整定曲线。3、副回路对干扰的抑制能力（1）到实际装置上打开手阀QV111 至全开，以使副回路流量发生改变；（2）观察控制系统对干扰的抑制能力，如果扰动比较大或参数并不理想，则经过副回路的校正，还将影响主回路的液位，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使液位调回到给定值上。（3）说明：通过管路流程可以发现，由于装置流程的限制，我们把干扰加在了流量测量检测仪表后面，虽然流量变化最终能反映到副调节器上，但有可能副回路对该内环干扰的抑制效果不理想
8、。实验结果1最佳串级控制主副参数的响应曲线。2 副回路施加干扰时的主副参数的响应曲线。3主回路施加干扰时的主副参数的响应曲线。思考与讨论1、串级控制系统相对于单回路控制有哪些优点？串级控制可快速克服进入副回路的各种干扰，对副回路对象特性变化具有很强的鲁棒性，可克服副对象的非线性与其他特性的变化。2、串级控制系统如何实现投运时的无扰切换？1）将主副控制器切换开关都置于手动位置，副控制器处于外给定。2）用副控制器操纵调节阀，使生产处于要求的工况，这时可调整主控制器的输出，使副控制器的偏差为零，接着可将副控制器切换到自动位置。3）假定在主控制器切换到自动之前，主变量偏差已接近零，则可稍稍修正主控制器
9、设定值，使偏差为零，并将主控制器切换到自动，然后逐渐改变设定值使它恢复到规定值；假定在主控制器切换到自动之前，主变量存在较大偏差，一般的做法是手操主控制器的输出，使偏差减小后再进行上述操作。3、本实验中选取的主副参数各是什么？设计依据是什么？主参数是下水箱液位，副参数是上水箱液位。依据：在单回路控制不能满足要求的情况下可以考虑采用串级控制；具有能够检测的副变量，且主要干扰应该包括在副回路中；副对象滞后不能太大，以保持副回路的快速响应性能；将对象中具有显著非线性或时变特性的部分归于副对象中。实验四 均匀控制系统 实验目的：1、学习简单均匀控制和串级均匀控制的原理。2、初步掌握简单均匀控制和串级均
10、匀控制系统的投运步骤以及参数整定方法。实验流程以第1 套实验装置为例，在A3000 高级过程控制实验系统中，如图3.1 所示组成单容的液位简单均匀控制系统和单容的液位流量均匀控制系统。四、实验内容及步骤1、准备工作1）首先将装置上的手阀全部关闭，然后仅打开画面上显示的手阀，具体操作为：打开QV-115、QV-106、QV-102，QV-116，关闭QV-105、QV-1112）调节各装置的水箱闸板到适当位置(开度0.60.8CM)；3）在DCS 操作站上先将两个调节器LIC1003 和FIC1001 切换到手动状态，变频器可以认为具有风开特性，正确设置两个调节器的正反作用和PID 参数；4）在
11、DCS 上，调节器LIC1003 和FIC1001 设为手动状态，将两个调节器LIC1003和FIC1001 的阀位输出置为0；对调节器LIC1003S，切到手动，将该调节器输出设为100；5正确打开A3000 现场系统的面板开关；6）在DCS 操作站上将电磁阀XV-101 置于开的状态；7）在DCS 上，使FIC1001 处于手动状态，给该调节器输出一定的开度，使水箱开始加水到一定高度（50以下）。2、串级均匀控制回路的参数整定1）副回路的流量控制器按串级控制系统整定方法进行整定；2）先将主回路的PID 参数设置在合适的位置，可以从200250内选择，如果水箱闸板开度较大，则可以将比例度放在
12、150200内，积分时间设为最大；3）如实验三中正确投用串级均匀控制回路；4）逐步引入积分作用，即减小积分时间；5）等系统稳定后，对液位的给定值做10的阶跃变化，观察支路1 上的液位和流量的响应曲线(FI1001 和LI1003)；如果液位和流量均达到了均匀控制的满意效果，则记录下此时的主回路PID 参数和相应的液位、流量的响应曲线，否则将比例度和积分时间逐渐减小，再重复试验，直到液位和流量均达到了均匀控制的满意效果为止；6）观察支路1 上液位和流量的响应曲线(FI1001 和LI1003)；3、串级均匀控制回路的干扰抑制效果1）到实际装置上打开手阀QV111 至全开，以使副回路流量发生改变；
13、记录此时液位和流量的响应曲线(FI1001 和LI1003)。观察均匀控制的控制效果。2）到实际装置上打开手阀QV1105 一定的开度，以施加液位干扰；记录此时液位和流量的响应曲线(FI1001 和LI1003)。观察均匀控制的控制效果。实验结果1串级均匀参数整定过程中的副回路调节器液位参数及响应曲线Pb=60，Ti=102串级均匀参数整定过程中的副回路调节器液位参数及响应曲线Pb=20，Ti=13副回路施加干扰时的主副参数的响应曲线4主回路施加干扰时的主副参数的响应曲线思考与讨论1、均匀控制参数工程整定方法对比例积分控制，先按纯比例进行整定，得到液位最大波动接近允许范围时的PB值；适当增加PB值后，加积分作用。逐渐减少积分时间，使液位在每次干扰过后，都有回复到设定值的趋势；积分时间的减小，直到记录曲线将要出现缓慢的周期性衰减振荡过程为止。2、均匀控制的主要要求是使操纵变量平稳，而作为被控变量的液位可以在允许的范围内波动。也就是当变量有较大偏离时，才要求操纵变量作一定的调整，所以均匀控制要求控制作用弱，要求宽的比例度和大的积分时间。
