实验3单回路控制系统2014.ppt

实验三 单回路控制系统运行与研究 2014年 4月 自动化系统与装置实验室 液位单回路自动控制系统 目的：通过对一个液位单回路控制系统的构建与操作，更深入理解一个工业自控系统的结构、工作原理以及投运步骤；掌握控制系统的调整方法—工程参数整定； 了解控制系统的几个环节： 被控参数：二级水槽中所贮存的液体容量—下水箱水位； 控制量：由控制阀操作的、进入水箱的管路流量。 对控制系统的要求：使被控参数（液位）能保持在设定值上，抵御一定的外部扰动，满足质量与安全的要求。 实验项目：构建一个满足上述基本要求的（单回路）控制系统，平稳地将其运行到自动状态；调整控制器的参数，以满足控制的质量要求。 1.实验目的与要求 ① 进行系统信号连线，构建一个单回路控制系统； ② 启动计算机与实验设备，手动操作该系统达到稳定，然后进行手动-自动的无扰动切换， ③ 调整控制器的参数，寻找满足控制要求的控制器参数（P、I、D ）； ④ 进行测试，判断是否达到希望的控制质量要求，通常应是一个渐进的稳定过程（如 4:1衰减过程)； 通常衰减比n应大于4。 测试应以随动（内部扰动）和定值（外部扰动）两种情况验证。 2.本实验的主要内容 液位单回路自动控制系统 液位单回路自动控制系统 右图是控制系统的结构图； 红色虚线及蓝色点画线代表待连接的信号线； 下图是从方通过框图来表示的单回路控制系统及需要连线的部分； 3. 单回路控制实验信号连线 广义对象 液位单回路自动控制系统 系统连线如下：两控制器中，左侧控制器为实验PID控制器，其输入端连接到下液位变送器，输出端接到控制阀的输入端口； 右侧的控制器仅作为辅助监视-操作器，实验中始终置于手动，其输入接中液位变送器，输出连接在变频器的输入端口； 输出值 输出值 LT103 LT102 FV101 UT101 3. 单回路控制实验信号连线 液位单回路自动控制系统 4.实验的具体步骤： ①完成自动控制系统连线，做好系统运行的准备： 操作同上次，首先检查管路、阀门（包括闸板的高度），启动实验软件，点击控制器，置成手动状态；调整控制器的输出为50%左右，启动水泵2。等待系统达到平稳，此过程不要频繁调整阀门的开度； ②手动-自动无扰动切换： 待下水箱的液位达到稳定，调整设定值（SP），等于始终等于测量值（PV），在系统无偏差的情况下，将控制器切换到自动。 特别提示：工业控制操作中一般是调整测量值等于设定值，实验中为了缩短等候时间，才采用调整设定值等于测量值的； 液位单回路自动控制系统 工程参数整定也有多种方法，使用较多的有反应曲线法，临界比例度法，衰减曲线法等。在过控中我们推荐使用的是衰减曲线法(衰减比为4~10:1)。它的最大好处就是适合在现场调整，且安全性较高。因为工业设备都具备一定的操作余量，反馈控制系统具有一定的鲁棒性，因此没有必要求控制器参数整定的十分精确。 参数整定的具体步骤如下： (1)为了找到控制器的合适参数，我们需要简化有哪些信誉好的足球投注网站范围，以便在现场复杂的情况下尽快找到合适的参数。 首先是将积分和微分作用去掉；注意积分时间与微分时间的设置(I=3600,D=0)。 5. 控制器参数的工程整定 液位单回路自动控制系统 这样控制器就变成纯比例控制器。把有哪些信誉好的足球投注网站三个适合参数的任务简化成寻找一个比例度P的任务。为了安全，要从较安全的参数开始搜起，通常先设为一较大的值，比如可设置P为100（即100%）。（注意：P与Kp的关系） (2)若系统是一直稳定就无从判断控制器参数是否合适。只有“打破” 稳定状态，才能判断出控制作用是否满足要求。现场多是通过改变设定值，给系统施加一幅度为5~10%的阶跃变化，观察被控制参数能否较快地跟上并稳定在设定值附近。这个过程中不应产生过大的偏差和过长的偏离时间及过多的震荡。 液位单回路自动控制系统 (3)施加干扰时，设定值应在稳态工作点附近做往返变化，具体先向哪个方向变化取决于当时的水位高度。一般希望工作点在水箱液位的中部。每次变化后要等到系统确实稳定后再向相反方向变化。 (4)然后可将比例度P分别改为50% 、30%，每改变一次P，都应在设定值加干扰进行测试，观察过渡过程曲线的变化，找到更接近4:1衰减振荡过程，记下对应的P值； (5)以该比例度为基础，将比例度P乘以1.2倍，并以P所对应的曲线振荡周期（两个波峰之间的时间）的一半时间为积分时间Ti，将控制器改置PI（比例+积分）控制器； 液位单回路自动控制系统 ⑹在此PI参数下再次改变设定值，测试控制器的PI参数是否满足要求，即控制的效果和质量。若不合适还可对PI参数再作调整，直至达到要求。 若有时间，可根据前面的P，查表得到P、I、D作用，使控制器成为P+I+D的三作用控制器。然后再次施加干扰，观察其控制效果； 液位单回路控制系统 系统整定过