串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)課件

單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)LIAONINGSHIHUAUNIVERSITY

過(guò)程控制工程單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)LIAONINGSHIHUAUNI實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩ㄐ缘匮芯縋、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時(shí)的過(guò)程圖形曲線通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理2實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩ㄐ缘匮芯縋、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實(shí)驗(yàn)連接線AE2000型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置。3實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-485轉(zhuǎn)換器3實(shí)驗(yàn)原理4實(shí)驗(yàn)原理44單容水箱液位PID參數(shù)整定控制接線圖系統(tǒng)連線5單容水箱液位PID參數(shù)整定控制接線圖系統(tǒng)連線55實(shí)驗(yàn)軟件界面6實(shí)驗(yàn)軟件界面66

系統(tǒng)連線將I/O信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到1～5V位置。將上水箱液位+（正極）接到一號(hào)智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的正極），將上水箱液位－（負(fù)極）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的負(fù)極）。將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即正極）接至調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5端（即負(fù)極）接至調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的－（即負(fù)極）。智能調(diào)節(jié)儀的~220V的電源開關(guān)打在關(guān)的位置。電源控制板上的電源空氣開關(guān)、單相泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。系統(tǒng)連線將I/O信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子7啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到220V的單相交流電源。打開電源帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)。打開電源總開關(guān)。開啟24VDC電源開關(guān)，調(diào)整好儀表各項(xiàng)參數(shù)（儀表初始狀態(tài)為手動(dòng)且為0）和液位傳感器的零位。啟動(dòng)智能儀表，設(shè)置好儀表參數(shù)。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到220V的單相交流電源。8實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例調(diào)節(jié)控制1.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)四單容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)。2.打開調(diào)節(jié)閥和單相電源泵開關(guān)，開始實(shí)驗(yàn)3.設(shè)定給定值，調(diào)整比例系數(shù)（K）。4.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動(dòng)，一般可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值實(shí)現(xiàn)）記錄曲線在經(jīng)過(guò)幾次波動(dòng)穩(wěn)定下來(lái)后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例調(diào)節(jié)控制9比例調(diào)節(jié)控制5.減小比例系數(shù)重復(fù)步驟4，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，并記錄余差大小。6.選擇合適的比例系數(shù)，可得到較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。改變?cè)O(shè)定值，同樣可得到一條過(guò)渡過(guò)程曲線注意：每當(dāng)做完一次試驗(yàn)后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗(yàn)。比例調(diào)節(jié)控制5.減小比例系數(shù)重復(fù)步驟4，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，并10在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時(shí)間（Ti）不為0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗(yàn)證PI控制下，系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)無(wú)余差存在。固定比例系數(shù)值（中等大?。淖働I調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)值Ti，然后觀察加階躍擾動(dòng)后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時(shí)的超調(diào)量σp。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分（PI）控制在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時(shí)間11固定積分時(shí)間于某一中間值，然后改變比例系數(shù)的大小，觀察加擾動(dòng)后被調(diào)量輸出的動(dòng)態(tài)波形，據(jù)此列表記錄不同值Ti下的超調(diào)量σp。選擇合適的K和Ti值，使系統(tǒng)對(duì)階躍輸入擾動(dòng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。此曲線可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值來(lái)獲得。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分（PI）控制固定積分時(shí)間于某一中間值，然后改變比例系數(shù)的大小，觀察加擾動(dòng)12在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置微分時(shí)間（Td）參數(shù)，然后加上與前面實(shí)驗(yàn)幅值完全相等的擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線，并與PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分時(shí)間（Td）對(duì)系統(tǒng)性能的影響。選擇合適的K、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。在歷史曲線中選擇一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分微分（PID）控制在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件13實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

畫出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。用接好線路的單回路系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)練習(xí)，并敘述無(wú)擾動(dòng)切換的方法。用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，寫出三種調(diào)節(jié)器的余差和超調(diào)量。作出P調(diào)節(jié)器控制時(shí)，不同δ值下的階躍響應(yīng)曲線。作出PI調(diào)節(jié)器控制時(shí)，不同δ和Ti值時(shí)的階躍響應(yīng)曲線畫出PID控制時(shí)的階躍響應(yīng)曲線，并分析微分D的作用。比較P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)無(wú)差度和動(dòng)態(tài)性能的影響。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求畫出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。14注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電15ThankyouThankyou單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)LIAONINGSHIHUAUNIVERSITY

過(guò)程控制工程單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)LIAONINGSHIHUAUNI實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩ㄐ缘匮芯縋、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時(shí)的過(guò)程圖形曲線通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理18實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩ㄐ缘匮芯縋、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實(shí)驗(yàn)連接線AE2000型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置。19實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-485轉(zhuǎn)換器19實(shí)驗(yàn)原理20實(shí)驗(yàn)原理420單容水箱液位PID參數(shù)整定控制接線圖系統(tǒng)連線21單容水箱液位PID參數(shù)整定控制接線圖系統(tǒng)連線521實(shí)驗(yàn)軟件界面22實(shí)驗(yàn)軟件界面622

系統(tǒng)連線將I/O信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到1～5V位置。將上水箱液位+（正極）接到一號(hào)智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的正極），將上水箱液位－（負(fù)極）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的負(fù)極）。將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即正極）接至調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5端（即負(fù)極）接至調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的－（即負(fù)極）。智能調(diào)節(jié)儀的~220V的電源開關(guān)打在關(guān)的位置。電源控制板上的電源空氣開關(guān)、單相泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。系統(tǒng)連線將I/O信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子23啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到220V的單相交流電源。打開電源帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)。打開電源總開關(guān)。開啟24VDC電源開關(guān)，調(diào)整好儀表各項(xiàng)參數(shù)（儀表初始狀態(tài)為手動(dòng)且為0）和液位傳感器的零位。啟動(dòng)智能儀表，設(shè)置好儀表參數(shù)。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到220V的單相交流電源。24實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例調(diào)節(jié)控制1.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)四單容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)。2.打開調(diào)節(jié)閥和單相電源泵開關(guān)，開始實(shí)驗(yàn)3.設(shè)定給定值，調(diào)整比例系數(shù)（K）。4.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動(dòng)，一般可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值實(shí)現(xiàn)）記錄曲線在經(jīng)過(guò)幾次波動(dòng)穩(wěn)定下來(lái)后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例調(diào)節(jié)控制25比例調(diào)節(jié)控制5.減小比例系數(shù)重復(fù)步驟4，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，并記錄余差大小。6.選擇合適的比例系數(shù)，可得到較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。改變?cè)O(shè)定值，同樣可得到一條過(guò)渡過(guò)程曲線注意：每當(dāng)做完一次試驗(yàn)后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗(yàn)。比例調(diào)節(jié)控制5.減小比例系數(shù)重復(fù)步驟4，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，并26在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時(shí)間（Ti）不為0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗(yàn)證PI控制下，系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)無(wú)余差存在。固定比例系數(shù)值（中等大?。?，改變PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)值Ti，然后觀察加階躍擾動(dòng)后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時(shí)的超調(diào)量σp。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分（PI）控制在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時(shí)間27固定積分時(shí)間于某一中間值，然后改變比例系數(shù)的大小，觀察加擾動(dòng)后被調(diào)量輸出的動(dòng)態(tài)波形，據(jù)此列表記錄不同值Ti下的超調(diào)量σp。選擇合適的K和Ti值，使系統(tǒng)對(duì)階躍輸入擾動(dòng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。此曲線可通過(guò)改變?cè)O(shè)定值來(lái)獲得。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分（PI）控制固定積分時(shí)間于某一中間值，然后改變比例系數(shù)的大小，觀察加擾動(dòng)28在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置微分時(shí)間（Td）參數(shù)，然后加上與前面實(shí)驗(yàn)幅值完全相等的擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線，并與PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分時(shí)間（Td）對(duì)系統(tǒng)性能的影響。選擇合適的K、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線。在歷史曲線中選擇一條較滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--比例積分微分（PID）控制在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件29實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

畫出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。用接好線路的單回路系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)練習(xí)，并敘述無(wú)擾動(dòng)切換的方法。用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，寫出三種調(diào)節(jié)器的余差和超調(diào)量。作出P調(diào)節(jié)器控制時(shí)，不同δ值下的階躍響應(yīng)曲