实验一单回路控制系统设计实验

过程控制工程 实验一单回路控制系统设计实验 LIAONING SHIHUA UNIVERSITY

实验目的 • 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理 • 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

实验设备 • AE2000型过程控制实验装置。 • 万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线 3

实验原理 4

系统连线 单容水箱液位PID参数整定控制接线图 5

实验软件界面 6

系统连线 • 将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到1～5V位置。 • 将上水箱液位+（正极）接到一号智能调节仪的1端（即RSV的正极），将上水箱液位－（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。 • 将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即正极）接至调节阀的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即负极）接至调节阀的4~20mA输入端的－（即负极）。 • 智能调节仪的~220V的电源开关打在关的位置。 • 电源控制板上的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。

启动实验装置 • 将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。 • 打开电源带漏电保护空气开关。 • 打开电源总开关。 • 开启24VDC电源开关，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的零位。 • 启动智能仪表，设置好仪表参数。

实验内容--比例调节控制 • 1.启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择实验四单容水箱液位PID整定实验。 • 2.打开调节阀和单相电源泵开关，开始实验 • 3.设定给定值，调整比例系数（K）。 • 4.待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

比例调节控制 • 5.减小比例系数重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 • 6.选择合适的比例系数，可得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值，同样可得到一条过渡过程曲线 • 注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。

实验内容--比例积分（PI）控制 • 在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置积分时间（Ti）不为0，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 • 固定比例系数值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。

实验内容--比例积分（PI）控制 • 固定积分时间于某一中间值，然后改变比例系数的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。 • 选择合适的K和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值来获得。

实验内容--比例积分微分（PID）控制 • 在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置微分时间（Td）参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分时间（Td）对系统性能的影响。 • 选择合适的K、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。 • 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

实验报告要求 • 画出单容水箱液位控制系统的方块图。 • 用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。 • 用临界比例度法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差和超调量。 • 作出P调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。 • 作出PI调节器控制时，不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线 • 画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。 • 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。

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。

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