DDC控制概述及相關(guān)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)

目錄TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l"_Toc59860478"一、DDC控制概述2HYPERLINK\l"_Toc59860479"二、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)11HYPERLINK\l"_Toc59860480"實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)11HYPERLINK\l"_Toc59860481"實(shí)驗(yàn)二、上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)17HYPERLINK\l"_Toc59860482"實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)22HYPERLINK\l"_Toc59860483"實(shí)驗(yàn)四、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實(shí)驗(yàn)（動(dòng)態(tài)）28HYPERLINK\l"_Toc59860484"實(shí)驗(yàn)五、鍋爐夾套溫度控制實(shí)驗(yàn)（動(dòng)態(tài)）32HYPERLINK\l"_Toc59860485"實(shí)驗(yàn)六、電磁流量計(jì)流量PID整定實(shí)驗(yàn)36HYPERLINK\l"_Toc59860486"實(shí)驗(yàn)七、渦輪流量與小流量比值控制實(shí)驗(yàn)39HYPERLINK\l"_Toc59860487"實(shí)驗(yàn)八、上水箱下水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)43一、DDC控制概述自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今舉世矚目的高技術(shù)之一，也是今后實(shí)現(xiàn)工業(yè)高度自動(dòng)化重點(diǎn)要發(fā)展的一個(gè)高科技領(lǐng)域?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)被認(rèn)為是發(fā)展最為迅速的兩個(gè)分支，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是這兩個(gè)分支相結(jié)合的產(chǎn)物，是工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱。計(jì)算機(jī)控制可分為集中控制、分布式控制和直接數(shù)字控制等。直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)是用一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)配以適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鲈O(shè)備，從生產(chǎn)過程中經(jīng)輸入通道獲取信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制算法（如PID、內(nèi)回流等）計(jì)算出控制量，并通過輸出通道，直接作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)過程的閉環(huán)控制，通常它有幾十個(gè)控制回路。圖1-1DDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖它的框圖如圖1-1所示，從上圖可看出：實(shí)驗(yàn)過程中的各種物理量（如溫度、壓力、流量、液位等），由一次儀表（如溫度變送器、壓力變送器等）測(cè)量放大，統(tǒng)一變換為4~20mA（或1-5V）信號(hào)，通過ICP7017模數(shù)轉(zhuǎn)換，作為DDC的輸入，計(jì)算機(jī)按照預(yù)定的控制程序，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行必要的處理、分析和比較，并按一定的規(guī)律（如PID控制規(guī)律）進(jìn)行運(yùn)算，從而得出控制量的改變值，輸出到ICP7024數(shù)模轉(zhuǎn)換直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ICP7017是帶通訊功能的AD采集卡，ICP7024是帶通訊功能的DA輸出卡。作為工控機(jī)AD采集卡的延伸產(chǎn)品在工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。圖1-1DDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一）、ICP7017模塊的功能介紹：ICP7017模塊：8通道模擬量輸入模塊。工作電源：直流24V輸入類型：電壓、電流。輸入范圍：150~150mv,-500~500mv,-1~1v,-5~5v,-10~10v,-2~20mA通訊方式：485通訊任一通道接線圖：ICP7017模塊外部接線圖：任一通道接線圖：ICPICP圖1-3ICP7017某一通道接線圖圖1-2ICP7017接線圖ICP7024模塊：4路電壓型模擬量輸出，4路電流型模擬量輸出。工作電源：直流24V電流輸出范圍：0~20mA,4~20mA電壓輸出范圍：-10v~10v,0~10v,-5~5v,0~5v通訊方式：485通訊ICP7024模塊外部接線圖：任一通道接線方式：圖1-5ICP7024接線圖ICP圖1-5ICP7024接線圖ICP圖1-4ICP7024接線圖二）、7000Utility軟件的使用說明，如圖所示：圖1-67000Utility軟件啟動(dòng)界面圖1-77000Utility軟件設(shè)置界面圖1-87000Utility軟件通訊檢測(cè)界面7000Utility軟件主要是為7000系列的模塊提供以下功能：檢測(cè)與主機(jī)相連的7000系列模塊。設(shè)置7000系列的配置。對(duì)7000系列各個(gè)模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出。保存檢測(cè)到模塊的信息(文件格式為*.map)三）、MCGS組態(tài)軟件的介紹：MCGS組態(tài)軟件的安裝盤只有一張光盤。具體安裝步驟如下：?jiǎn)?dòng)Windows；在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器中插入光盤；插入光盤后會(huì)自動(dòng)彈出MCGS安裝程序窗口（如沒有窗口彈出，則從Windows的“開始”菜單中，選擇“運(yùn)行...“命令，運(yùn)行光盤中AutoRun.exe文件），MCGS安裝程序窗口如下圖所示：在安裝程序窗口中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，啟動(dòng)安裝程序開始安裝；隨后，安裝程序?qū)⑻崾灸阒付ò惭b目錄，用戶不指定時(shí)，系統(tǒng)缺省安裝到D:\MCGS目錄下，如下圖所示：安裝過程大約要持續(xù)數(shù)分鐘；MCGS系統(tǒng)文件安裝完成后，安裝程序要建立象標(biāo)群組和安裝數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，這一過程可能持續(xù)幾分鐘，請(qǐng)耐心等待；安裝過程完成后，安裝程序?qū)棾觥鞍惭b完成”對(duì)話框，上面有兩個(gè)復(fù)選框，重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和不啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。一般在計(jì)算機(jī)上初次安裝時(shí)需要選擇重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。按下“完成”按鈕，將結(jié)束安裝程序的運(yùn)行，如下圖所示：安裝完成后，Windows操作系統(tǒng)的桌面上添加了如下圖所示的兩個(gè)圖標(biāo)，分別用于啟動(dòng)MCGS組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境：同時(shí)，Windows開始菜單中也添加了相應(yīng)的MCGS程序組，如下圖所示；MCGS程序組包括五項(xiàng)：MCGS組態(tài)環(huán)境、MCGS運(yùn)行環(huán)境、MCGS電子文檔、MCGS自述文件以及卸載MCGS組態(tài)軟件。運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)環(huán)境為軟件的主體程序，自述文件描述了軟件發(fā)行時(shí)的最后信息，MCGS電子文檔則包含了有關(guān)MCGS最新的幫助信息。MCGS系統(tǒng)的運(yùn)行方式MCGS系統(tǒng)分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。文件McgsSet.exe對(duì)應(yīng)于MCGS系統(tǒng)的組態(tài)環(huán)境，文件McgsRun.exe對(duì)應(yīng)于MCGS系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。此外，系統(tǒng)還提供了幾個(gè)組態(tài)完好的樣例工程文件，用于演示系統(tǒng)的基本功能。MCGS系統(tǒng)安裝完成后，在用戶指定的目錄（或系統(tǒng)缺省目錄D:\MCGS）下創(chuàng)建有三個(gè)子目錄：Program、Samples和Work。組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境對(duì)應(yīng)的兩個(gè)執(zhí)行文件以及MCGS中用到的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫構(gòu)件及策略構(gòu)件存放在子目錄Program中，樣例工程文件存放在Samples目錄下，Work子目錄則是用戶的缺省工作目錄。分別運(yùn)行執(zhí)行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能進(jìn)入MCGS的組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。安裝完畢后，運(yùn)行環(huán)境能自動(dòng)加載并運(yùn)行樣例工程。用戶可根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建和運(yùn)行自己的新工程。四）、ICP7000計(jì)算機(jī)組態(tài)介紹ICP7000通過RS485轉(zhuǎn)232通訊硬件和組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)備通訊組態(tài)，可采集到ICP7017輸入模塊送來的（如：液位、溫度、流量）檢測(cè)信號(hào)，在組態(tài)軟件里編寫（液位、溫度、流量）PID控制算法，由計(jì)算機(jī)送出輸出控制信號(hào)到ICP7024再經(jīng)由他們送出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制端，即可組成閉環(huán)控制。通過畫面組態(tài)，動(dòng)畫組態(tài)和策略組態(tài)等，可以良好的完成計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行情況。并作出豐富的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、歷史圖形曲線。1、組態(tài)說明：組態(tài)一共可以分主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行策略5大塊內(nèi)容，完成這五項(xiàng)，即完成的組態(tài)的全過程。在用戶窗口選項(xiàng)菜單里，所有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面組態(tài)窗口都在用戶窗口菜單項(xiàng)里建立。如下圖所示：ICP7017和ICP7024數(shù)據(jù)采集是通過下圖所示的設(shè)備窗口組態(tài)來完成的。詳細(xì)設(shè)置請(qǐng)參看組態(tài)軟件的幫助文檔。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要采集的數(shù)據(jù)不同，設(shè)置不同的通道，本裝置同時(shí)提供4路電壓輸入通道。若實(shí)驗(yàn)中只要用到一個(gè)通道，則不同的實(shí)驗(yàn)可以共用一個(gè)通道。比如:通道AD0上的數(shù)據(jù)對(duì)象為pv1,那么流量、溫度、液位等都可以通過這個(gè)通道采集上來，只是需要在用戶窗口里的控制腳本中把pv1轉(zhuǎn)化為流量、溫度、液位的對(duì)應(yīng)值即可。通道組態(tài)連接表：實(shí)驗(yàn)名稱ICP7017通通道值ICP7024通通道值接入信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)象對(duì)應(yīng)通道號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)象通道號(hào)實(shí)驗(yàn)一、一階單容容系統(tǒng)對(duì)象特特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)上水箱液位pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)二、上水箱液液位PID整定實(shí)驗(yàn)上水箱液位pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽膽二位式控制制實(shí)驗(yàn)鍋爐水溫pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)四、鍋爐內(nèi)膽膽溫度控制實(shí)實(shí)驗(yàn)鍋爐水溫pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)五、鍋爐夾套套溫度控制實(shí)實(shí)驗(yàn)夾套水溫pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)六、電磁流量量計(jì)流量控制制實(shí)驗(yàn)電磁流量pv1AD0OP2DA0實(shí)驗(yàn)七、渦輪流量量與小流量比比值控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)電磁流量渦輪流量pv1pv2AD0AD1OP2DA0實(shí)驗(yàn)八、上下水箱箱液位串級(jí)控控制實(shí)驗(yàn)下水箱液位上水箱液位pv1（主控）pv2（副控）AD0AD1OP4DA1下圖所示是主畫面的組態(tài)界面：包括對(duì)象的動(dòng)力支路演示、實(shí)時(shí)液位的跟蹤、給定值的設(shè)定、參數(shù)的調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的記錄、通訊狀態(tài)的指示等。下圖所示的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)選項(xiàng)：在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里建立數(shù)據(jù)對(duì)象名稱，組態(tài)里需要用到的變量（如液位、溫度、流量、中間變量、比例、積分、微分等）均在此定義，且一個(gè)變量對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)不能超過128點(diǎn)，若超過128點(diǎn)，運(yùn)行將出錯(cuò)。在組態(tài)環(huán)境運(yùn)行組態(tài)好的程序可以直接按F5或點(diǎn)擊按鈕即可進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境。二、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)由實(shí)際測(cè)得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000過程控制實(shí)驗(yàn)裝置：配置：ICP-7017、7024模塊、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)連接線。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單容水箱如圖1-1所示：圖1-1、單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)原理階躍響應(yīng)測(cè)試法是系統(tǒng)在開環(huán)運(yùn)行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器或其他操作器，手動(dòng)改變對(duì)象的輸入信號(hào)（階躍信號(hào)）。同時(shí)，記錄對(duì)象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對(duì)象模型的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定模型中各參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法，不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方法。單容水箱對(duì)象模型用一階加時(shí)滯環(huán)節(jié)來近似描述時(shí)，?？捎脙牲c(diǎn)法直接求取對(duì)象參數(shù)。如圖1-1所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1，出水量為Q2，水箱的液面高度為h，出水閥V2固定于某一開度值。根據(jù)物料動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)系，求得：在零初始條件下，對(duì)上式求拉氏變換，得：式中，T為水箱的時(shí)間常數(shù)（注意：閥V2的開度大小會(huì)影響到水箱的時(shí)間常數(shù)），T=R2*C，K=R2為過程的放大倍數(shù)，R2為V2閥的液阻，C為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量Q1（S）=RO/S，RO為常量，則輸出液位的高度為：當(dāng)t=T時(shí)，則有：h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)即h(t)=KR0(1-e-t/T)當(dāng)t—>∞時(shí)，h（∞）=KR0，因而有K=h（∞）/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入上式表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2所示。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖1-2所示的圖1-2、階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對(duì)應(yīng)時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T，該時(shí)間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T，其理論依據(jù)是：圖1-2、階躍響應(yīng)曲線上式表示h（t）若以在原點(diǎn)時(shí)的速度h（∞）/T恒速變化，即只要花T秒時(shí)間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h（∞）。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟設(shè)備的連接和檢查：（1）、關(guān)閉閥22，將AE2000A實(shí)驗(yàn)對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、打開以丹麥泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)組成的動(dòng)力支路至上水箱的出水閥門：閥1、閥4、閥7，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對(duì)象的切換閥門:閥2、閥6、閥11、閥18、閥21。（3）、打開上水箱的出水閥：閥9至適當(dāng)開度。（4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉系統(tǒng)連線圖：圖1-3、實(shí)驗(yàn)接線圖1）、關(guān)閉電源控制板上的所有電源開關(guān)。2）、按照上圖1-3所示進(jìn)行接線。3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V的三相交流電源。2）、打開電源三相帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、24VDC電源開關(guān)。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖1-4所示：圖1-4、實(shí)驗(yàn)軟件界面2）、點(diǎn)擊啟動(dòng)模塊按鈕后，雙擊設(shè)定輸出按鈕，進(jìn)行設(shè)定輸出值的大小，這個(gè)值根據(jù)閥門開度的大小來給定，一般初次設(shè)定值<5。開啟單相泵電源開關(guān)，啟動(dòng)動(dòng)力支路。將被控參數(shù)液位高度控制在20%處（一般為5cm）。3）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄輸出值，以及水箱水位的高度h1和測(cè)量顯示值并填入下表。亞當(dāng)模塊輸出值（0~100）水箱水位高度h11（mm）組態(tài)顯示值（mmm）4）、迅速增加亞當(dāng)模塊手動(dòng)輸出值，增加5%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得，以此數(shù)據(jù)繪制變化曲線。t（秒）水箱水位h1(mm)組態(tài)讀數(shù)(mm)5）、直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄平衡時(shí)的下列數(shù)據(jù)，并填入下表：亞當(dāng)模塊輸出值（0~100）水箱水位高度h11（mm）組態(tài)顯示值（mmm）6）、將亞當(dāng)模塊輸出值調(diào)回到步驟5）前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引起的階躍響應(yīng)過程參數(shù)與曲線。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。填入下表：t（秒）水箱水位h1(mm)組態(tài)讀數(shù)(mm)六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。七、注意事項(xiàng)（1）做本實(shí)驗(yàn)過程中，閥8不得任意改變開度大小。（2）階躍信號(hào)不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止對(duì)象特性的不真實(shí)性。一般階躍信號(hào)取正常輸入信號(hào)的5%~15%。（3）在輸入階躍信號(hào)前，過程必須處于平衡狀態(tài)。八、思考題（1）在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化閥9的開度大?。?2)用兩點(diǎn)法和用切線對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，它們各有什么特點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)二、上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、通過實(shí)驗(yàn)熟悉單回路計(jì)算機(jī)PID調(diào)節(jié)控制算法。2）、分析DDC的P、PI和PID調(diào)節(jié)過程圖形曲線。3）、編制數(shù)字PID算法實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、ICP7017、ICP7024模塊、實(shí)驗(yàn)連接線。擾動(dòng)三、實(shí)驗(yàn)原理擾動(dòng)給定給定液位上小水箱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥PID控制器液位上小水箱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥PID控制器─+─+液位變送液位變送圖2-1、實(shí)驗(yàn)原理圖圖2-1、實(shí)驗(yàn)原理圖圖2-1為單回路上水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上小水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用DDC控制。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖2-2中的曲線①、②、③所示。圖2-2、P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）、將AE2000A實(shí)驗(yàn)對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、打開以丹麥泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)組成的動(dòng)力支路至上水箱的出水閥門：閥1、閥4、閥7，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對(duì)象的切換閥門:閥2、閥6、閥11、閥18、閥21。（3）、打開上水箱的出水閥：閥9至適當(dāng)開度。（4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2、系統(tǒng)連線如圖2-3所示：圖2-3、上水箱液液位PID參數(shù)整定控控制接線圖1）、關(guān)閉電源控制制板上的所有有電源開關(guān)。2)、按照上圖2-33所示進(jìn)行接接線。3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電電源插頭接到到380V的三相交流流電源。2）、打開電源三相相帶漏電保護(hù)護(hù)空氣開關(guān)。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開亞當(dāng)模塊塊、電動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)閥、24VDC電源開關(guān)。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MMCGS組態(tài)軟件，進(jìn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)如圖2-4所示：圖2-4、實(shí)驗(yàn)軟件件界面（一）、比例調(diào)節(jié)節(jié)1）、打開單相電源源泵開關(guān)，開開始實(shí)驗(yàn)。2）、設(shè)定給定值，調(diào)調(diào)整P參數(shù)。3）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后后，對(duì)系統(tǒng)加加擾動(dòng)信號(hào)（在在純比例的基基礎(chǔ)上加擾動(dòng)動(dòng)，一般可通通過改變?cè)O(shè)定定值實(shí)現(xiàn)）。記記錄曲線在經(jīng)經(jīng)過幾次波動(dòng)動(dòng)穩(wěn)定下來后后，系統(tǒng)有穩(wěn)穩(wěn)態(tài)誤差，并并記錄余差大大小。4）、減小P重復(fù)步步驟5，觀察過渡渡過程曲線，并并記錄余差大大小。5）、增大P重復(fù)步步驟5，觀察過渡渡過程曲線，并并記錄余差大大小。6）、選擇合適的PP，可以得到到較滿意的過過渡過程曲線線。改變?cè)O(shè)定定值（如設(shè)定定值由50％變?yōu)?60％），同同樣可以得到到一條過渡過過程曲線。7）、注意：每當(dāng)做做完一次試驗(yàn)驗(yàn)后，必須待待系統(tǒng)穩(wěn)定后后再做另一次次試驗(yàn)。（二）、比例積分分調(diào)節(jié)器（PPI）控制1）、在比例調(diào)節(jié)實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上上，加入積分分作用，即在在界面上設(shè)置置I參數(shù)不為0，觀察被控控制量是否能能回到設(shè)定值值，以驗(yàn)證PPI控制下，系系統(tǒng)對(duì)階躍擾擾動(dòng)無余差存存在。2）、固定比例P值值（中等大小?。淖働PI調(diào)節(jié)器的的積分時(shí)間常常數(shù)值Ti，然后觀觀察加階躍擾擾動(dòng)后被調(diào)量量的輸出波形形，并記錄不不同Ti值時(shí)的超超調(diào)量σp。表二、不同Ti時(shí)時(shí)的超調(diào)量σp積分時(shí)間常數(shù)Tii大中小超調(diào)量σp3）、固定于某一中中間值，然后后改變P的大小，觀觀察加擾動(dòng)后后被調(diào)量輸出出的動(dòng)態(tài)波形形，據(jù)此列表表記錄不同值值Ti下的超調(diào)調(diào)量σp。表三、不同δ值下下的σp比例P大中小超調(diào)量σp4）、選擇合適的PP和Ti值，使系系統(tǒng)對(duì)階躍輸輸入擾動(dòng)的輸輸出響應(yīng)為一一條較滿意的的過渡過程曲曲線。此曲線線可通過改變變?cè)O(shè)定值（如如設(shè)定值由550%變?yōu)?0%）來獲獲得。（三）、比例積分分微分調(diào)節(jié)（PID）控制1）、在PI調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，再再引入適量的的微分作用，即即把軟件界面面上設(shè)置D參數(shù)，然后后加上與前面面實(shí)驗(yàn)幅值完完全相等的擾擾動(dòng)，記錄系系統(tǒng)被控制量量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)態(tài)曲線，并與與實(shí)驗(yàn)（二）PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分D對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2）、選擇合適的PP、Ti和Td，使系統(tǒng)統(tǒng)的輸出響應(yīng)應(yīng)為一條較滿滿意的過渡過過程曲線（階階躍輸入可由由給定值從550%突變至至60%來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)）。3）、在歷史曲線中中選擇一條較較滿意的過渡渡過程曲線進(jìn)進(jìn)行記錄。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求求1）、畫出單容水箱箱液位控制系系統(tǒng)的方塊圖圖。2）、用接好線路的的單回路系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)練練習(xí)，并敘述述無擾動(dòng)切換換的方法。3）、作出P調(diào)節(jié)器器控制時(shí)，不不同δ值下的階躍躍響應(yīng)曲線。4）、作出PI調(diào)節(jié)節(jié)器控制時(shí)，不不同δ和Ti值時(shí)的階階躍響應(yīng)曲線線。5）、畫出PID控控制時(shí)的階躍躍響應(yīng)曲線，并并分析微分DD的作用。6）、比較P、PII和PID三種調(diào)調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)無差度和動(dòng)動(dòng)態(tài)性能的影影響。六、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)線路接好好后，必須經(jīng)經(jīng)指導(dǎo)老師檢檢查認(rèn)可后方方可接通電源源。七、思考題1）、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在運(yùn)運(yùn)行前應(yīng)做好好哪能些準(zhǔn)備備工作？2）、為什么要強(qiáng)調(diào)調(diào)無擾動(dòng)切換換？3）、如何實(shí)現(xiàn)減小小或消除余差差？純比例控控制能否消除除余差？實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽膽溫度二位式式控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置置，了解DDC的二位式溫溫度控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成。2）、掌握位式控制制系統(tǒng)的工作作原理、控制制過程和控制制特性。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型型過程控制實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置配置：萬用表、上上位機(jī)軟件、計(jì)計(jì)算機(jī)、ICP70017、ICP70024模塊、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理1、溫度傳感器溫度測(cè)量量通常采用熱熱電阻元件（感溫元件）。它它是利用金屬屬導(dǎo)體的電阻阻值隨溫度變變化而變化的的特性來進(jìn)行行溫度測(cè)量的的。其電阻值值與溫度關(guān)系系式如下：Rt＝Rt0[11+α(t-t0)]式中Rt——溫度度為t(如室溫20℃)時(shí)的電阻值值；RRt0——溫度為t0(通常為0℃)時(shí)的電阻值值；α——電阻的溫度系數(shù)?？梢?，由于溫度的的變化，導(dǎo)致致了金屬導(dǎo)體體電阻的變化化。這樣只要要設(shè)法測(cè)出電電阻值的變化化，就可達(dá)到到溫度測(cè)量的的目的。雖然大多數(shù)金屬導(dǎo)導(dǎo)體的電阻值值隨溫度的變變化而變化，但但是它們并不不能都作為測(cè)測(cè)溫用的熱電電阻。作為熱熱電阻的材料料一般要求是是：電阻溫度度系數(shù)小、電電阻率要大、熱熱容量要??；；在整個(gè)測(cè)溫溫范圍內(nèi)，應(yīng)應(yīng)具有穩(wěn)定的的物理、化學(xué)學(xué)性質(zhì)和良好好的重復(fù)性；；并要求電阻阻值隨溫度的的變化呈線性性關(guān)系。但是，要完全符合合上述要求的的熱電阻材料料實(shí)際上是有有困難的。根根據(jù)具體情況況，目前應(yīng)用用最廣泛的熱熱電阻材料是是鉑和銅。本本裝置使用的的是鉑電阻元元件PT100，并通過溫溫度變送器（測(cè)測(cè)量電橋或分分壓采樣電路路或者AI人工智能工工業(yè)調(diào)節(jié)器）將將電阻值的變變化轉(zhuǎn)換為電電壓信號(hào)。鉑電阻元件是采用用特殊的工藝藝和材料，具具有很高的穩(wěn)穩(wěn)定性和耐震震動(dòng)等特點(diǎn)，還還具有較強(qiáng)的的抗污染能力力。在0~650℃的溫度范范圍內(nèi)，鉑電電阻與溫度的的關(guān)系為：Rt＝Rt0((1+At++Bt2+Ct3)式中Rtt——溫度為t(如室溫20℃)時(shí)的電阻值值；Rt0——溫度為為t0(通常為0℃)時(shí)的電阻值值；A、B、C是常常數(shù)，一般AA=3.900802*110－31/℃，B=-5.8802*100－71/℃，C=-4.22735*110－121/℃。Rt-t的關(guān)系稱稱為分度表，用用分度號(hào)來表表示。2、二位式溫度控制制系統(tǒng)二位控制是位式控控制規(guī)律中最最簡(jiǎn)單的一種種。本實(shí)驗(yàn)的的被控對(duì)象是是1KW電加熱管，被被控制量是復(fù)復(fù)合小加溫箱箱中內(nèi)套水箱箱的水溫T，智能調(diào)節(jié)節(jié)儀內(nèi)置繼電電器線圈控制制的常開觸點(diǎn)點(diǎn)開關(guān)控制電電加熱管的通通斷，圖3-1為位式控制制系統(tǒng)的方塊塊圖。圖3-1、位式調(diào)節(jié)器的特特性圖由圖3-1可見，在在一定的范圍圍內(nèi)不僅有死死區(qū)存在，而而且還有回環(huán)環(huán)。因而圖3-2所示的系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一一個(gè)典型的非非線性控制系系統(tǒng)。執(zhí)行器器只有“開”或“關(guān)”兩種極限工工作狀態(tài)，故故稱這種控制制器為兩位調(diào)調(diào)節(jié)器。該系統(tǒng)的工作原理理是當(dāng)被控制制的水溫T小于給定值值時(shí)，即給定定值>測(cè)量值，且且當(dāng)e=VS--VP≥dF時(shí)，調(diào)節(jié)器器的繼電器線線圈接通，常常開觸點(diǎn)變成成常閉，電加加熱管接通380V電源而加熱熱。隨著水溫溫T的升高，Vp也不斷增大大，e相應(yīng)變小。若若T高于給定值值，即Vs〈Vp，e=Vg--Vi=負(fù)值，若e≤-dF時(shí)，則兩位位調(diào)節(jié)器的繼繼電器線圈斷斷開，常閉觸觸點(diǎn)變成常開開，切斷電加加熱管的供電電。由于這種種控制方式具具有沖擊性，易易損壞元器件件，只是在對(duì)對(duì)控制質(zhì)量要要求不高的系系統(tǒng)才使用。圖3-2位式控制系統(tǒng)的方方塊圖如圖3-2位式控制系系統(tǒng)的方框圖圖所示，溫度度給定值在智智能儀表上通通過設(shè)定獲得得。被控對(duì)象象為鍋爐內(nèi)膽膽中的三相電電熱管，被控控制量為內(nèi)膽膽水溫。它由由鉑電阻PT100測(cè)定，輸入入到智能調(diào)節(jié)節(jié)儀上。根據(jù)據(jù)給定值加上上dF與測(cè)量的溫溫度相比較向向繼電器線圈圈發(fā)出控制信信號(hào)，從而達(dá)達(dá)到控制水箱箱溫度的目的的。由過程控制原理可可知，雙位控控制系統(tǒng)的輸輸出是一個(gè)斷斷續(xù)控制作用用下的等幅振振蕩過程，如如圖4-3所示。因此此不能用連續(xù)續(xù)控制作用下下的衰減振蕩蕩過程的溫度度品質(zhì)指標(biāo)來來衡量，而用用振幅和周期期作為品質(zhì)指指標(biāo)。一般要要求振幅小，周周期長(zhǎng)，然而而對(duì)同一雙位位控制系統(tǒng)來來說，若要振振幅小，則周周期必然短；；若要周期長(zhǎng)長(zhǎng)，則振幅必然大。因此通過過合理選擇中中間區(qū)以使振幅在限定范圍圍內(nèi)，而又盡盡可能獲得較長(zhǎng)的周期。3-3雙位控系統(tǒng)統(tǒng)的過程曲線線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步步驟設(shè)備的連接和檢查查：（1）、開通以丹麥泵泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)閥、渦輪流流量計(jì)以及鍋鍋爐內(nèi)膽進(jìn)水水閥1、閥4、閥11、閥15所組成的水水路系統(tǒng)，關(guān)關(guān)閉通往其他他對(duì)象的切換換閥6、閥7、閥18、閥21。（2）、將鍋爐內(nèi)膽的的出水口閥14至適當(dāng)高度度。（3）、檢查電源開關(guān)關(guān)是否關(guān)閉。2、系統(tǒng)連線接線如圖3-4所所示：圖3-4、系統(tǒng)連線線圖1）、按圖3-4所所示，利用AE20000A型實(shí)驗(yàn)裝裝置組成控制制系統(tǒng)。2）、把鍋爐里的水水加滿至溢流流口。3）、啟動(dòng)電源，在在軟件里調(diào)節(jié)節(jié)好各項(xiàng)參數(shù)數(shù)以及設(shè)定值值和回差dF的值。4）、在鍋爐內(nèi)膽中中給以恒定的的進(jìn)水，用于于冷卻。5）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境運(yùn)運(yùn)行軟件，進(jìn)進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)。如圖3-5所示：圖3-5、實(shí)驗(yàn)軟件件界面6）、系統(tǒng)運(yùn)行后，組態(tài)軟件自自動(dòng)記錄控制制過程曲線。待待穩(wěn)定振蕩2~3個(gè)周期后，觀觀察位式控制制過程曲線的的振蕩周期和和振幅大小，記記錄實(shí)驗(yàn)曲線線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下下：S（秒）T（℃）7）、適量改變給定定值的大小，重重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟驟4）。8）、把動(dòng)力水路切切換到鍋爐夾夾套，啟動(dòng)實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的供供水系統(tǒng)，給給鍋爐的外套套加流動(dòng)冷卻卻水，重復(fù)上上述的實(shí)驗(yàn)步步驟。五、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)前，鍋爐爐內(nèi)膽的水位位必須高于熱熱電阻的測(cè)溫溫點(diǎn)。2）、給定值必須要要大于常溫。3）、實(shí)驗(yàn)線路全部部接好后，必必須經(jīng)指導(dǎo)老老師檢查認(rèn)可可后，方可接接通電源開始始實(shí)驗(yàn)。4）、在老師指導(dǎo)下下將計(jì)算機(jī)接接入系統(tǒng)，利利用計(jì)算機(jī)顯顯示屏作記錄錄儀使用，并并保存每次實(shí)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)數(shù)據(jù)和曲線。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）、畫出不同dFF時(shí)的系統(tǒng)被被控制量的過過渡過程曲線線，記錄相應(yīng)應(yīng)的振蕩周期期和振蕩幅度度大小。2）、畫出加冷卻水水時(shí)，被控量量的過程曲線線，并比較振振蕩周期和振振蕩幅度大小小。3）、綜合分析位式式控制特點(diǎn)。七、思考題1）、為什么縮小ddF值，能改善善雙位控制系系統(tǒng)的性能？？2）、為什么實(shí)際的的雙位控制特特性與理想的的雙位控制特特性有著明顯顯的差異？實(shí)驗(yàn)四、鍋爐內(nèi)膽膽溫度控制實(shí)實(shí)驗(yàn)（動(dòng)態(tài)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、了解單回路溫溫度控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成與工工作原理。2）、研究P、PII、PD和PID四種調(diào)節(jié)器器分別對(duì)溫度度系統(tǒng)的控制制作用。3）、改變P、PII、PD和PID的相關(guān)參數(shù)數(shù)，觀察它們們對(duì)系統(tǒng)性能能的影響。4）、了解PID參參數(shù)自整定的的方法及參數(shù)數(shù)整定在整個(gè)個(gè)系統(tǒng)中的重重要性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型型過程控制實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬用表、上上位機(jī)軟件、計(jì)計(jì)算機(jī)、ICP70017、ICP70024模塊、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理圖4-1、溫度控制制系統(tǒng)原理圖圖本系統(tǒng)所要保持的的恒定參數(shù)是是鍋爐內(nèi)膽溫溫度給定值，即即控制的任務(wù)務(wù)是控制鍋爐爐內(nèi)膽溫度等等于給定值。根根據(jù)控制框圖圖，采用PID調(diào)節(jié)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步步驟（一）、比例調(diào)節(jié)節(jié)器（P）控制1）、按圖4-1所所示方塊圖的的要求接成實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系系統(tǒng)接線和實(shí)實(shí)驗(yàn)三一致。2）、開通以丹麥泵泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)閥、渦輪流流量計(jì)以及鍋鍋爐內(nèi)膽進(jìn)水水閥1、閥4、閥11、閥15所組成的水水路系統(tǒng)，關(guān)關(guān)閉通往其他他對(duì)象的切換換閥6、閥7、閥18、閥21。3）、將鍋爐內(nèi)膽的的出水口閥14至適當(dāng)高度度。4）、打開ICP模模塊、電動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)閥、24VDC電源開關(guān)。5）、開啟相關(guān)儀器器和計(jì)算機(jī)軟軟件，進(jìn)入相相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如如圖4-2所示：圖4-2、實(shí)驗(yàn)軟件件界面7)、運(yùn)行MCGS組組態(tài)軟件，進(jìn)進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)，把輸出出置于“手動(dòng)”，輸出值為為小于等于10，把溫度設(shè)設(shè)定于某給定定值（如：將將水溫控制在在40。C），設(shè)置各各項(xiàng)參數(shù)，使使調(diào)節(jié)器工作作在比例（P）調(diào)節(jié)器狀狀態(tài)，此時(shí)系系統(tǒng)處于開環(huán)環(huán)狀態(tài)。8）、觀察實(shí)時(shí)或歷歷史曲線，待待水溫基本穩(wěn)穩(wěn)定于給定值值后，將調(diào)節(jié)節(jié)器的開關(guān)由由“手動(dòng)控制”點(diǎn)擊至“自動(dòng)運(yùn)行”狀態(tài)，使系系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)環(huán)控制運(yùn)行。待待基本不再變變化時(shí)，加入入階躍擾動(dòng)（可可通過改變?cè)O(shè)設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)）。觀察并并記錄在當(dāng)前前比例P時(shí)的余差和和超調(diào)量。每每當(dāng)改變值P后，再加同同樣大小的階階躍信號(hào)，比比較不同P時(shí)的ess和σp，并把數(shù)據(jù)據(jù)填入表一中中。表一、不不同比例度δ時(shí)的余差和和超調(diào)量P大中小essσp9）、記錄實(shí)驗(yàn)過程程各項(xiàng)數(shù)據(jù)繪繪成過渡過程程曲線。（數(shù)數(shù)據(jù)可在軟件件上獲得）（二）、比例積分分（PI）調(diào)節(jié)器控控制1）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，加入積積分（“I”）作用，觀觀察被控制量量能否回到原原設(shè)定值的位位置，以驗(yàn)證證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制制下沒有余差差。2）、固定比例P值值（中等大小?。?，然后改改變積分時(shí)間間常數(shù)I值，觀察加加入擾動(dòng)后被被調(diào)量的動(dòng)態(tài)態(tài)曲線，并記記錄不同I值時(shí)的超調(diào)調(diào)量σp。表二、不不同Ti值時(shí)的超超調(diào)量σpP大中小超調(diào)量σp3）、固定I于某一一中間值，然然后改變比例例P的大小，觀觀察加擾動(dòng)后后被調(diào)量的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線，并并記下相應(yīng)的的超調(diào)量σp。表三、不同δ值時(shí)時(shí)的超調(diào)量σp比例P大中小超調(diào)量σp4）、選擇合適的PP和I值，使系統(tǒng)統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)曲曲線為一條令令人滿意的曲曲線。此曲線線可通過改變變?cè)O(shè)定值(如把設(shè)定值值由50%增加到60%)來實(shí)現(xiàn)。（三）、比例微分分調(diào)節(jié)器（PD）控制1）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，引入微微分作用“D”。固定比例P值（中間值值），改變微微分時(shí)間常數(shù)數(shù)D的大小，觀觀察系統(tǒng)在階階躍輸入作用用下相應(yīng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線線。表四、不同D時(shí)的的超調(diào)量和余余差D大中小essσp2）、選擇合適的PP和D值，使系統(tǒng)統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng)為一條令人人滿意的動(dòng)態(tài)態(tài)曲線。（四四）、比例積積分微分（PID）調(diào)節(jié)器控控制3）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，引入積積分（“I”）作用，使使被調(diào)量回復(fù)復(fù)到原設(shè)定值值。減小P，并同時(shí)增增大I，觀察加擾擾動(dòng)信號(hào)后的的被調(diào)量的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線，驗(yàn)驗(yàn)證在PI調(diào)節(jié)器作用用下，系統(tǒng)的的余差為零。4）、在PI控制的的基礎(chǔ)上加上上適量的微分分作用“D”，然后再對(duì)對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)動(dòng)（擾動(dòng)幅值值與前面的實(shí)實(shí)驗(yàn)相同），比比較所得的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線與用用PI控制時(shí)的不不同處。5)、選擇合適的P、I和D，以獲得一一條較滿意的的動(dòng)態(tài)曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求求。1）、畫出溫度控制制系統(tǒng)的方塊塊圖。2）、用臨界比例度度法整定三種種調(diào)節(jié)器的參參數(shù)，并分別別作出系統(tǒng)在在這三種調(diào)節(jié)節(jié)器控制下的的階躍響應(yīng)曲曲線。3）、作出比例調(diào)節(jié)節(jié)器控制時(shí)，不不同δ值時(shí)的階躍躍響應(yīng)曲線？？得到結(jié)論是是什么？4）、分析PI調(diào)節(jié)節(jié)器控制時(shí)，不不同P和I值對(duì)系統(tǒng)性性能的影響？？六、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)線路接好好后，必須經(jīng)經(jīng)指導(dǎo)老師檢檢查認(rèn)可后方方可接通電源源。2）、系統(tǒng)連接好以以后，在老師師的指導(dǎo)下，運(yùn)運(yùn)行溫度控制制實(shí)驗(yàn)。七、思考題1）、在階躍擾動(dòng)作作用下，用PD調(diào)節(jié)器控制制時(shí)，系統(tǒng)有有沒有余差存存在？為什么么？2）、在溫度控制系系統(tǒng)中，為什什么用PD和PID控制，系統(tǒng)統(tǒng)的性能并不不比用PI控制有明顯顯地改善？3）、為什么要整定定P、I、D參數(shù)？4）、連續(xù)溫控與斷斷續(xù)溫控有何何區(qū)別？為什什么？實(shí)驗(yàn)五、鍋爐夾套套溫度控制實(shí)實(shí)驗(yàn)（動(dòng)態(tài)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、了解不同單回回路溫度控制制系統(tǒng)的組成成與工作原理理。2）、研究P、PII、PID三種調(diào)節(jié)器器分別對(duì)溫度度系統(tǒng)的控制制作用。3）、改變P、PII和PID的相關(guān)參數(shù)數(shù)，觀察它們們對(duì)系統(tǒng)性能能的影響。4）、了解PID參參數(shù)自整定的的方法及參數(shù)數(shù)整定在整個(gè)個(gè)系統(tǒng)中的重重要性。5）、分析動(dòng)態(tài)的溫溫度單回路控控制和靜態(tài)的的溫度單回路路控制不同之之處。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型型過程控制實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬用表、上上位機(jī)軟件、計(jì)計(jì)算機(jī)、ICP70017、ICP70024模塊、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理圖5-1、溫度控制制系統(tǒng)圖5-1為一個(gè)閉環(huán)環(huán)單回路的鍋鍋爐內(nèi)膽溫度度控制系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)框圖，鍋鍋爐內(nèi)膽為動(dòng)動(dòng)態(tài)循環(huán)水，變變頻器、小單單相泵、鍋爐爐內(nèi)膽組成循循環(huán)供水系統(tǒng)統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)之前前，變頻器、單單相泵供水系系統(tǒng)在通過閥閥10將鍋爐內(nèi)膽膽的水裝至適適當(dāng)高度，閥閥13關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)投入運(yùn)行以以后，變頻器器再以固定的的頻率使鍋爐爐內(nèi)膽的水處處于循環(huán)狀態(tài)態(tài)。靜態(tài)閉環(huán)環(huán)單回路的鍋鍋爐內(nèi)膽溫度度控制，沒有有循環(huán)水加以以快速熱交換換，而三相電電加熱管功率率為4.5KW，加熱過程程相對(duì)快速，散散熱過程相對(duì)對(duì)比較緩慢，調(diào)調(diào)節(jié)的效果受受對(duì)象特性和和環(huán)境的限制制，在精確度度和穩(wěn)定性上上存在一定的的誤差。增加加了循環(huán)水系系統(tǒng)后，便于于熱交換及加加速了散熱能能力，相比于于靜態(tài)溫度控控制實(shí)驗(yàn)，在在控制的精度度性，快速性性上有了很大大的提高。本本系統(tǒng)所要保保持的恒定參參數(shù)是鍋爐內(nèi)內(nèi)膽溫度給定定值，即控制制的任務(wù)是控控制鍋爐內(nèi)膽膽溫度等于給給定值，采用用工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)DDC調(diào)節(jié)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步步驟（一）、比例調(diào)節(jié)節(jié)器（P）控制1）、按圖5-1所所示方塊圖的的要求接成實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)實(shí)驗(yàn)接線如實(shí)實(shí)驗(yàn)三、把I/O面板上鍋爐爐內(nèi)膽換成夾夾套信號(hào)。2）、打開閥1、閥閥4、閥18，關(guān)閉閥6、閥7、閥11、閥21，啟動(dòng)單相相泵往鍋爐進(jìn)進(jìn)水（保證夾夾套有水）。3）、開啟相關(guān)儀器器和計(jì)算機(jī)，運(yùn)運(yùn)行軟件，進(jìn)進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)，如圖5-2所示：圖5-2、實(shí)驗(yàn)軟件件界面4)、把輸出置于“手手動(dòng)”，輸出值為為小于等于10，把溫度設(shè)設(shè)定于某給定定值（如：將將水溫控制在在40。C），設(shè)置各各項(xiàng)參數(shù)，使使工作在比例例（P）調(diào)節(jié)狀態(tài)態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)統(tǒng)處于開環(huán)狀狀態(tài)。5）、運(yùn)行MCGSS組態(tài)軟件，進(jìn)進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)實(shí)時(shí)或歷史曲曲線。a、通過改變?cè)O(shè)定值值來實(shí)現(xiàn)。觀觀察并記錄在在當(dāng)前比例P時(shí)的余差和和超調(diào)量。每每當(dāng)改變值P后，再加同同樣大小的階階躍信號(hào)，比比較不同P時(shí)的ess和σp，并把數(shù)據(jù)據(jù)填入表一中中。表一、不同比例PP時(shí)的余差和和超調(diào)量P大中小essσp7）、記錄實(shí)驗(yàn)過程程各項(xiàng)數(shù)據(jù)繪繪成過渡過程程曲線。（數(shù)數(shù)據(jù)可在軟件件上獲得）b、改變變頻器的輸輸出頻率，觀觀察并記錄在在當(dāng)前比例P時(shí)的余差和和超調(diào)量。待待系統(tǒng)穩(wěn)定后后，再改變輸輸出頻率，比比較不同輸出出頻率時(shí)的ess和σp，并把數(shù)據(jù)據(jù)填入表二中中。表二、不同頻率（Hz）輸出時(shí)的的余差和超調(diào)調(diào)量頻率大（Hz）中（Hz）小（Hz）Pessσp（二）、比例積分分（PI）調(diào)節(jié)器控控制1）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，加入積積分（I）作用，觀觀察被控制量量能否回到原原設(shè)定值的位位置，以驗(yàn)證證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制制下沒有余差差。2）、固定比例P值值（中等大小?。?，然后改改變積分時(shí)間間常數(shù)I值，觀察加加入擾動(dòng)后被被調(diào)量的動(dòng)態(tài)態(tài)曲線，并記記錄不同I值時(shí)的超調(diào)調(diào)量σp。表二、不不同Ti值時(shí)的超超調(diào)量σpP大中小超調(diào)量σp3）、固定I于某一一中間值，然然后改變比例例P的大小，觀觀察加擾動(dòng)后后被調(diào)量的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線，并并記下相應(yīng)的的超調(diào)量σp。表三、不同δ值時(shí)時(shí)的超調(diào)量σp比例P大中小超調(diào)量σp4）、選擇合適的PP和I值，使系統(tǒng)統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)曲曲線為一條令令人滿意的曲曲線。此曲線線可通過改變變?cè)O(shè)定值(如把設(shè)定值值由50%增加到60%)來實(shí)現(xiàn)。（三）、比例微分分調(diào)節(jié)器（PD）控制1）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，引入微微分作用“D”。固定比例P值（中間值值），改變微微分時(shí)間常數(shù)數(shù)D的大小，觀觀察系統(tǒng)在階階躍輸入作用用下相應(yīng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線線。表四、不同D時(shí)的的超調(diào)量和余余差D大中小essσp2）、選擇合適的PP和D值，使系統(tǒng)統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng)為一條令人人滿意的動(dòng)態(tài)態(tài)曲線。（四四）、比例積積分微分（PID）調(diào)節(jié)器控控制1）、在比例調(diào)節(jié)器器控制實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，待待被調(diào)量平穩(wěn)穩(wěn)后，引入積積分（I）作用，使使被調(diào)量回復(fù)復(fù)到原設(shè)定值值。減小P，并同時(shí)增增大I，觀察加擾擾動(dòng)信號(hào)后的的被調(diào)量的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線，驗(yàn)驗(yàn)證在PI調(diào)節(jié)器作用用下，系統(tǒng)的的余差為零。2）、在PI控制的的基礎(chǔ)上加上上適量的微分分作用（D），然后再再對(duì)系統(tǒng)加擾擾動(dòng)（擾動(dòng)幅幅值與前面的的實(shí)驗(yàn)相同），比比較所得的動(dòng)動(dòng)態(tài)曲線與用用PI控制時(shí)的不不同處。3）、選擇合適的PP、I和D，以獲得一一條較滿意的的動(dòng)態(tài)曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求求。1）、畫出溫度控制制系統(tǒng)的方塊塊圖。2）、用臨界比例度度法整定三種種調(diào)節(jié)器的參參數(shù)，并分別別作出系統(tǒng)在在這三種調(diào)節(jié)節(jié)器控制下的的階躍響應(yīng)曲曲線。3）、繪制用PIDD調(diào)節(jié)器控制制時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)波形。4）、繪制用PIDD自整定控制制時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)態(tài)波形。`六、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)線路接好好后，必須經(jīng)經(jīng)指導(dǎo)老師檢檢查認(rèn)可后方方可接通電源源。2）、系統(tǒng)連接好以以后，在老師師的指導(dǎo)下，運(yùn)運(yùn)行溫度控制制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)六、電磁流量量計(jì)流量PID整定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、了解電磁流量量計(jì)的結(jié)構(gòu)及及其使用方法法。2）、熟悉單回路流流量控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成。3）、試比較電磁流流量計(jì)和渦輪輪流量計(jì)之間間的不同之處處。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型型過程控制實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬用表、上上位機(jī)軟件、計(jì)計(jì)算機(jī)、AE20000A亞當(dāng)模塊塊實(shí)驗(yàn)柜、實(shí)實(shí)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理圖6-1、流量控制制系統(tǒng)框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步步驟1）、利用實(shí)驗(yàn)裝置置,信號(hào)接口面面板上電磁流流量計(jì)的測(cè)量量信號(hào)組成圖圖6-1所示的單回回路流量控制制系統(tǒng)。打開開閥7、閥22隨意組一路路通道。2）、啟動(dòng)工藝流程程并開啟相關(guān)關(guān)儀器和計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)，在在開環(huán)狀態(tài)下下，利用調(diào)節(jié)節(jié)器的手動(dòng)操操作按鈕把被被調(diào)量管道的的流量調(diào)到給給定值（一般般把流量控制制在流量量程程的50%處）。3）、運(yùn)行MCGSS組態(tài)軟件，進(jìn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)統(tǒng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn),如圖6-2所示：4）、設(shè)置相關(guān)的參參數(shù)，運(yùn)行實(shí)實(shí)驗(yàn)。圖6-2、實(shí)驗(yàn)軟件件界面5）、觀察計(jì)算機(jī)顯顯示屏上實(shí)時(shí)時(shí)的響應(yīng)曲線線，待系統(tǒng)的的流量趨于平平衡不變后，加加入階躍信號(hào)號(hào)（一般可通通過改變?cè)O(shè)定定值的大小來來實(shí)現(xiàn)）。經(jīng)經(jīng)過一段時(shí)間間運(yùn)行后，系系統(tǒng)進(jìn)入新的的平穩(wěn)狀態(tài)。由由記錄曲線觀觀察并記錄在在不同的比例例P下系統(tǒng)的余余差和超調(diào)量量。表九、不不同值時(shí)的余余差和超調(diào)量量P大中小essσp6）、記錄錄軟件中的實(shí)實(shí)時(shí)曲線的過過程數(shù)據(jù)作出出一條完整的的過渡過程曲曲線，記錄表表格自擬。（二）、比例積分分調(diào)節(jié)器（PI）控制1）、在比例調(diào)節(jié)控控制實(shí)驗(yàn)的基基礎(chǔ)上，加上上積分作用（I），即把I（積分）設(shè)設(shè)置為一參數(shù)數(shù)，根據(jù)不同同的情況，設(shè)設(shè)置不同的大大小。觀察被被控制量能否否回到原設(shè)定定值的位置，以以驗(yàn)證系統(tǒng)在在PI調(diào)節(jié)器控制制下，系統(tǒng)的的階躍擾動(dòng)無無余差產(chǎn)生。2）、固定比例P值值（中等大小?。缓蟾母淖冋{(diào)節(jié)器的的積分時(shí)間常常數(shù)I值，觀察加加入階躍擾動(dòng)動(dòng)后被調(diào)量的的輸出波形，并并記錄不同I值時(shí)的超調(diào)調(diào)量σp。表十、不同Ti值值時(shí)的超調(diào)量量σp積分時(shí)間常數(shù)I大中小超調(diào)量σp3）、固定I于某一一中等大小的的值，然后改改變比例P的大小，觀觀察加階躍擾擾動(dòng)后被調(diào)量量的動(dòng)態(tài)波形形，并列表記記錄不同值的的超調(diào)量。表十一、不同P值值下的超調(diào)量量σp比例P大中小超調(diào)量σp4）、選擇合適的PP和I值，使系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)階躍輸入入（包括階躍躍擾動(dòng)）的輸輸出響應(yīng)為一一條較滿意的的過渡過程曲曲線。此曲線線可通過改變變?cè)O(shè)定值(如把設(shè)定值值由50%變?yōu)?0%)來獲得。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）、畫出流量控制制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)線路圖。2）、用臨界比例度度法整定P、PI調(diào)節(jié)器的參參數(shù)，并分別別列出系統(tǒng)在在這兩種調(diào)節(jié)節(jié)器控制下的的余差和超調(diào)調(diào)量。3）、作出P調(diào)節(jié)器器控制時(shí)，不不同δ值下的階躍躍響應(yīng)曲線。4）、作出PI調(diào)節(jié)節(jié)器控制時(shí)，不不同δ和Ti值時(shí)的階階躍響應(yīng)曲線線。六、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)線路接好好后，必須經(jīng)經(jīng)指導(dǎo)老師檢檢查認(rèn)可后方方可接通電源源。2）、在老師的指導(dǎo)導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)。七、思考題1）、從理論上分析析調(diào)節(jié)器參數(shù)數(shù)(δ、Ti)的變化化對(duì)控制過程程產(chǎn)生什么影影響？2）、消除系統(tǒng)的余余差為什么采采用PI調(diào)節(jié)器，而而不采用純積積分器？實(shí)驗(yàn)七、渦輪流量量與小流量比比值控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、了解兩種流量量計(jì)的結(jié)構(gòu)及及其使用方法法。2）、熟悉單回路流流量控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成。3）、試了解比值控控制在工業(yè)上上的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1）、AE2000A型型過程控制實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置：配置：萬用表、上上位機(jī)軟件、計(jì)計(jì)算機(jī)、AE20000A亞當(dāng)模塊塊實(shí)驗(yàn)柜、實(shí)實(shí)驗(yàn)連接線。三、比值系統(tǒng)組成成原理在各種生產(chǎn)過程中中，需要使兩兩種物料的流流量保持嚴(yán)格格的比例關(guān)系系是常見的，例例如，在鍋爐爐的燃燒系統(tǒng)統(tǒng)中，要保持持燃料和空氣氣量的一定比比例，以保證證燃燒的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性。而且往往往其中一個(gè)個(gè)流量隨外界界負(fù)荷需要而而變，另一個(gè)個(gè)流量則應(yīng)由由調(diào)節(jié)器控制制，使之成比比例地改變。保保證二者之比比值不變。否否則，如果比比例嚴(yán)重失調(diào)調(diào)，就可能造造成生產(chǎn)事故故，或發(fā)生危危險(xiǎn)。又如，以以重油為原料料生產(chǎn)合成氨氨時(shí)，在造氣氣工段應(yīng)該保保