实验一 简单控制统设计性实验.doc

实验一 简单控制系统设计性实验 设计内容 ： 依据过程控制实验室：A3000过程控制装置 进行液位控制系统 设计实验。包括： 1、了解A3000过程控制装置，构成简单控制系统如液位控制系统 （画出 控制流程图， 方框图）。掌握工艺流程，思考如何运行到工艺稳定点？ 2、采用阶跃反应曲线法进行液位对象动态特性的测试、获得动态数学模型，据此获得PID控制器参数值的初始值 。 3、MATLAB 仿真：PID控制器+动态数学模型，仿真测试PID控制器参数值 ，获得PID控制器最佳参数值 4、液位控制系统的投运、参数整定 5、参数整定结果的对比分析 6、液位控制系统的抗干扰实验 相关知识点内容的复习 进行分组：三大组，3小组/大组。6人/小组 每小组人员，进行实验预习与详细实验步骤、内容的设计，交电子版的实验设计报告， 实验一 简单控制系统设计性实验 实验目的 了解实验装置结构和组成，掌握实验装置的基本操作。 获得单容水箱液位数学模型 液位定值控制的仿真实现 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 掌握液位控制系统的投运、参数整定的方法 分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验装置介绍 1、现场系统组成 A3000现场系统（A3000-FS和A3000-FBS）包括三水箱，一个锅炉，一个强制换热器，两个水泵，两个流量计，一个电动调节阀。其他还包括加热管，大水箱。 2-控制系统组成 A3000控制系统（A3000-CS）包括了传感器执行器I/O连接板、三个可换的子控制系统板，第三方控制系统接口板。 整个部分设计在一个工业机柜中，开放性极强。一个前门，保证了设备防尘、散热等需要。 内部结构设计合理，布线完全按照工业要求，整齐、可靠。 系统结构如图所示。左边是机柜布置简图，右边是各个控制系统的半模拟屏简图。 控制系统结构图1-6-1： 图1-6-1 控制系统结构 三、实验内容： 依据过程控制实验室：A3000过程控制装置 进行液位控制系统 设计实验。包括： 了解A3000过程控制装置，设置工艺流程，控制仪表接线，构成液位控制系统。 工艺设备的运行，运行至液位的工艺稳态点。 实验步骤参见 《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》实验1 实验系统认知 2、采用阶跃反应曲线法进行液位对象动态特性的测试、获得动态数学模型 实验步骤参见 《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》 单容水箱液位数学模型的测定实验 参见 《A3000高级过程控制系统实验指导书V3 3、MATLAB 仿真：PID控制器+动态数学模型 获得PID控制器参数值 4、液位控制系统的投运、参数整定 采用什么工程整定的方法？ 实验步骤参见 《A3000高级过程控制系统实验指导书V3》单容水箱液位定值控制实验 5、参数整定结果的对比分析 6、液位控制系统的抗干扰实验 干扰？如何加入？ 四、实验预习： 相关知识点内容的复习 进行分组：三大组，3小组/大组。6人/小组 每小组人员按实验项目分工，进行实验预习与写出具体的实验步骤、内容的设计，交电子版的实验设计报告，包括实验项目分工名单 五、实验报告要求 (1) 画出单容大水箱液位控制系统的方框图。 (2)实验测试的液位对象的数学模型测试曲线，及数据处理结果。 (3) 使用MATLAB 仿真液位定值控制，以及获得的调节器的参数值。 (4) 用反应曲线法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差或超调量。 (5) 作出P调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。 (6) 作出PI调节器控制时，不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线。 (7) 画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。 六、注意事项 实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。 七、思考题 (1) 实验系统在运行前应做好哪些准备工作？ (2) 试定性地分析三种调节器的参数（δ）、（δ、Ti）和（δ、Ti和Td）。的变化对控制过程各产生什么影响？ (3) 如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？ 比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。 XV101 电磁阀 滞后管 JV105 JV503 JV601 FV101 JV104 JV304 JV305 JV502 JV207 XV102 JV106 JV103 JV206 JV102 JV205 JV204 JV101 102 LS 101