實(shí)驗(yàn)三單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運(yùn)及整定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟悉單回路控制系統(tǒng)的定義、組成、框圖和工作原理2、熟悉簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的手動(dòng)/自動(dòng)投運(yùn)方法3、掌握PID的調(diào)節(jié)規(guī)律及其對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響4、掌握PID控制器參數(shù)的整定方法。實(shí)驗(yàn)二單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運(yùn)和整定

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、連接導(dǎo)線30％65％6.5mA4mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝40％55％三、定義、組成、框圖、原理3mA5.5mA－測(cè)量值PV+被控量h給定值SP變送器DBC－211e控制器“－”DTL－321干擾1、定義由一臺(tái)調(diào)節(jié)器、一臺(tái)執(zhí)行器、一個(gè)被控對(duì)象和一臺(tái)變送器組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)叫~2、組成由調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、被控對(duì)象、測(cè)量變送器4個(gè)部分組成3、框圖4、工作過(guò)程【若采用氣開(kāi)閥（電開(kāi)閥）“+”，對(duì)象為“+”，則要選調(diào)節(jié)器為“－”】若干擾導(dǎo)致△h↓→調(diào)節(jié)閥(+)開(kāi)度↑→測(cè)量值PV↓→e↓→調(diào)節(jié)器（－）輸出↑→進(jìn)水槽流量↑△h↑控制器Ⅰ記錄儀加法器控制器ⅡⅠ

Ⅱ切換開(kāi)關(guān)四、實(shí)驗(yàn)接線水泵電動(dòng)閥水槽mAmA流量計(jì)手動(dòng)閥642351水龍頭按下圖接好實(shí)驗(yàn)接線LT3LT2LT1液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ流量計(jì)Ⅰ恒流器Ⅰ伺服放大器Ⅰ伺服放大器Ⅱ恒流器Ⅱ流量計(jì)Ⅱ四、實(shí)驗(yàn)接線按下圖接好實(shí)驗(yàn)接線設(shè)置U225%35%液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ變頻器S500流量計(jì)Ⅱ無(wú)紙記錄儀計(jì)算機(jī)控制器Ⅰ計(jì)算機(jī)控制器Ⅱ加法器流量計(jì)ⅠIO模塊(A/D)I-7024mAmA水泵電動(dòng)閥流量計(jì)流量顯示手動(dòng)閥642351水龍頭LT3LT2LT1水槽30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾●PID模擬控制器●PID可編程控制器●PID數(shù)字控制器●PID現(xiàn)場(chǎng)總線控制器PID模擬控制器PID可編程控制器30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾氣動(dòng)閥30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾電動(dòng)調(diào)節(jié)閥三通閥30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾記錄儀XWC-130無(wú)紙記錄儀有紙記錄儀30％80％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾PV－SPe＝3mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e調(diào)節(jié)器DTL－321干擾30％65％8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾80％60％3mA6mA－測(cè)量值PV+被控量H給定值SP測(cè)量變送器DBC－211e干擾PID控制器五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

1、將圖中水龍頭1、2打開(kāi)（豎），其它關(guān)閉（橫）。2、開(kāi)關(guān)K搬到Ⅱ位置，調(diào)恒流器Ⅱ的輸出=3mA。開(kāi)關(guān)K搬到Ⅰ位置，調(diào)恒流器Ⅰ的輸出=8mA。3、控制器Ⅰ的手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)搬到手動(dòng)，調(diào)手動(dòng)撥盤(pán)，使控制器輸出值=30%（3mA）2、鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)界面中的“設(shè)置U2”按鈕，調(diào)U2=25%）3、鼠標(biāo)“水箱1液位控制器”，調(diào)MV(U1)=50%。4、根據(jù)液位h2的控制需要，需將控制器的正、反作用開(kāi)關(guān)搬到“反”位置。5、啟動(dòng)兩臺(tái)水泵。6、用下列4∶1衰減曲線法整定控制系統(tǒng)。（1）控制器PID參數(shù)按下表設(shè)定好。（2）當(dāng)液位穩(wěn)定后，調(diào)控制器給定值旋鈕，使測(cè)量值PV紅指針與給定值SV黑指針對(duì)齊（即偏差e＝0），此時(shí)將控制器搬到自動(dòng)，再將開(kāi)關(guān)K從Ⅰ搬到Ⅱ加入干擾（鼠標(biāo)單擊“自動(dòng)”按鈕，把控制器投入自動(dòng)控制，再單擊“設(shè)置U2”按鈕，調(diào)U2=35%加入干擾）。之后觀察記錄儀記下的過(guò)程曲線是否達(dá)到4∶1衰減，若達(dá)到了4∶1衰減，說(shuō)明控制器比例度δ參數(shù)整定的比較好了，則記下δS、TS＝?。若沒(méi)達(dá)到，則改變?chǔ)闹抵貜?fù)第（2）步。（3）把記下的δS、TS值帶入下表計(jì)算，把算出的δS、TI值設(shè)到控制器上，重復(fù)第（2）步?？刂破鱌ID參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)得到的曲線對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析1控制器設(shè)為P控制做第1次δ＝20%Kc＝1.1TI＝∞

TI＝∞TD＝0TD＝0

做第2次δ＝15%Kc＝1.0TI＝∞TI＝∞TD＝0TD＝0δs＝15%、Ts＝2.5分＝150秒結(jié)論：分析曲線可知被控參數(shù)衰減比n=3:1≤4:1，所以控制器參數(shù)整定得不夠合適，適當(dāng)調(diào)整控制器比例度δ參數(shù)后，重新做下一次整定，直到n≥4﹕1出現(xiàn)為止。結(jié)論：分析曲線可知被控參數(shù)衰減比n=4:1≥4:1，可見(jiàn)控制器比例度δ

參數(shù)已整定得比較合適了，達(dá)到了控制器P控制規(guī)律時(shí)參數(shù)整定要求。Ts控制器PID參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)得到的曲線對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析2控制器設(shè)為PI控制做第1次δ＝1.2δs＝1.2×15%＝18%TI＝0.5TS＝

0.5

×150＝75sTD＝0

Kc＝1.1TI＝62(s)TD＝0做第2次δ＝30%TI＝60(s)TD＝0Kc＝1.0TI＝58(s)TD＝0結(jié)論：分析曲線可知被控參數(shù)衰減比n=6:1≥4:1，所以控制器比例度δ、積分時(shí)間TI

參數(shù)整定得比較好了，達(dá)到了控制器PI參數(shù)整定要求。結(jié)論：分析曲線可知被控參數(shù)衰減比n=6:1≥4:1，所以控制器比例度δ、積分時(shí)間TI

參數(shù)整定得比較好了，達(dá)到了控制器PI參數(shù)整定要求。3.發(fā)散振蕩過(guò)程——曲線③4.等幅振蕩過(guò)程——曲線④1.衰減振蕩過(guò)程——曲線①2.衰減非振蕩過(guò)程—曲線②ty③合理的PID參數(shù)會(huì)使被控制參數(shù)快速、無(wú)差地達(dá)到設(shè)定值

不允許不允許ty②ty④yt①控制器調(diào)節(jié)閥r(t)e(t)u(t)q(t)y(t)y(t)被控參數(shù)給定－被控對(duì)象變送器控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)計(jì)算示列最大偏差D＝1.4—0.2＝1.2cm衰減比n＝＝＝1.4—1.01.1—1.0余差C＝1.0—0.2＝0.8cm控制時(shí)間tc＝7.5—0.5＝7（分）0.40.81.20.0h2(cm)t(分)Btc4826C4826t(分)I(mA)246810給定值A(chǔ)D0.40.1410.40.81.20.0h2(cm)t(分)tc48264826t(分)I(mA)246810給定值DAB最大偏差D＝0.8—0.2＝0.6cm衰減比n＝＝＝0.8—0.20.3—0.2余差C＝0cm控制時(shí)間tc＝6.25—0.5＝5.8（分）0.60.161控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)計(jì)算示列七、思考題

1．何謂無(wú)擾動(dòng)切換？如何實(shí)現(xiàn)？答：（1）無(wú)擾動(dòng)切換是指：調(diào)節(jié)器從手動(dòng)→自動(dòng)，或從自動(dòng)→手動(dòng)切換時(shí)，其輸出大小保持不變，即它所控制的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度維持原位不變，亦即不會(huì)造成對(duì)控制對(duì)象的擾動(dòng)。（2）這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)：b.當(dāng)液位穩(wěn)定時(shí)，調(diào)手動(dòng)撥盤(pán)，使調(diào)節(jié)器手動(dòng)時(shí)的輸出值等于自動(dòng)時(shí)的輸出值，此時(shí)把調(diào)節(jié)器從自動(dòng)→手動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)→手動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。被控量h+－給定值SVH測(cè)量變送器DBC－211水槽測(cè)量值PVe調(diào)節(jié)器DTL321h干擾a.當(dāng)液位穩(wěn)定時(shí)，調(diào)給定值SV＝測(cè)量值PV，此時(shí)把調(diào)節(jié)器從手動(dòng)→自動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)→自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。1、被控對(duì)象、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向各是怎樣規(guī)定？

⑴被控對(duì)象：當(dāng)操縱變量增加時(shí)，被控變量增加的對(duì)象是“正作用”對(duì)象（+）；反之，被控變量隨操縱變量增加而降低的對(duì)象是“反作用”對(duì)象（-）。⑵執(zhí)行器：由氣開(kāi)、氣關(guān)型式來(lái)確定。氣開(kāi)閥（電開(kāi)閥）為“正-”作用；氣關(guān)閥（電關(guān)閥）為“反-”作用。

⑶控制器：把控制器輸入偏差信號(hào)定義為測(cè)量值減去給定值，那么當(dāng)偏差增加時(shí)，其輸出也增加的控制器稱(chēng)“正作用”控制器（+）；反之，控制器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減小的稱(chēng)為“反作用”控制器（-）。答：1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果，總結(jié)控制器Kc、TI、TD參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響？

⑴控制器Kc越小，比例作用越弱，過(guò)渡過(guò)程越平穩(wěn)，但余差也越大；Kc增大，余差將減小，但是不能完全消除余差，只能起到粗調(diào)作用。不過(guò)Kc過(guò)大，過(guò)渡過(guò)程易振蕩，Kc太大時(shí)，就可能出現(xiàn)發(fā)散振蕩。被控量h+－給定值SVH測(cè)量變送器DBC－211水槽測(cè)量值PVe控制器DTL321h干擾

⑵積分作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分時(shí)間Ti越小，則積分速度越大，積分作用越強(qiáng)，消除余差越快。

⑶在引入微分作用后能全面提高控制質(zhì)量。微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)，它使調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)間縮短，余差減?。ǖ荒芟?，具有超前調(diào)節(jié)的作用。答：2、為何要考慮控制器的正、反作用？如何選擇？本實(shí)驗(yàn)?zāi)闶侨绾未_定控制器正反作用的？

答：⑴在控制系統(tǒng)中，要正確選擇控制器的“正”、“反”作用方向。選擇控制器的正、反作用的目的是使系統(tǒng)中控制器、執(zhí)行器、對(duì)象三個(gè)環(huán)節(jié)組合起來(lái)，能在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋的作用。符號(hào)規(guī)定：①氣開(kāi)閥（電開(kāi)閥）為＋，氣關(guān)閥（電關(guān)閥）為－

②閥開(kāi)大，被控參數(shù)增加的對(duì)象為＋，降低的對(duì)象為－⑵根據(jù)公式：(控制器±)×

(閥±)×

(對(duì)象±)＝（－）來(lái)選擇

⑶本實(shí)驗(yàn)中：用的是電開(kāi)閥＋，且閥開(kāi)大，液位上升，故水槽是正對(duì)象＋所以根據(jù)公式（控制器—）×（閥＋）×（對(duì)象＋）＝－可知，控制器的符號(hào)應(yīng)選“－”，即選擇反作用控制器。3、控制器參數(shù)整定的任務(wù)是什么？工程上常用的控制器參數(shù)整定有哪幾種方法？

⑵控制器參數(shù)整定的方法有理論計(jì)算和工程整定兩大類(lèi)。其中常用的是工程整定法。它又分為臨界比例度法，衰減曲線法和經(jīng)驗(yàn)法等。

答：

⑴控制器參數(shù)整定的任務(wù)是：根據(jù)已定的控制方案，來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)（包括比例度δ、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間TD），以便使系統(tǒng)獲得最佳的控制質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)二單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運(yùn)和整定1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：CS4000過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2、整定初始條件：干擾通道變頻器開(kāi)度U2=20%調(diào)節(jié)通道閥門(mén)開(kāi)度MV=55%3、階躍干擾量：q=20%~30%PID整定參數(shù)：TI

=60sTd=0s實(shí)驗(yàn)中積分時(shí)間TI越小，h2控制過(guò)程穩(wěn)定越差低靈敏區(qū)半寬0低低靈敏區(qū)增益0輸出下限0%輸出下限70%濾波時(shí)間1sMV變化率限幅=5%4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)二單