《过程控制系统实验报告讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制系统实验报告讲解（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程控制系统实验报告姓 名： 指导教师 ：南京理工大学 2015 年 5月实验二 传感器、执行器实验一、实验目的了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。 二、实验要求编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及模拟量的输出。三、实验步骤1、液位传感器的测试 在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压，并在计算机内将电压转换成对应的高度。将测量数据填入下表。 高度输出250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm0mm万用表测量值（伏）5.534.914.303.683.07-2.4A/D
2、口测量值 (伏)5.564.924.323.713.09-2.4机内转换高度（mm）444.92393.36345.31296.48246.88192相对误差（%）77.97%96.68%130.21%196.48%393.76%/相对误差（%）(消除仪器误差)1.17%0.68%2.21%4.68%8.76%/因为我们使用的实验仪器测高计有明显的机械误差，通过实际0mm时测量高度为192mm，表测电压为-2.4V。所以实际相对误差应是消除高度计所造成的机械误差之后的值，一并在表中列出了。2、 温度传感器的测试用温度计测量出水温，同时利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口测出温度传感器的
3、输出电压，并在计算机内将其转换成相应的温度。将测量数据填入下表。温度计（度）万用表测量值（伏）A/D口测量电压 (伏)机内转换温度（度）相对误差（%）/0.930.9619.19/3、 比例阀的控制通过USB-4711A板卡的D/A口输出控制电压，比较机内控制电压与实际输出电压，并将结果填入下表。控制量（伏）02.557.510测量值（伏）02.494.987.479.96相对误差（%）00.4%0.4%0.4%0.4%四、思考题1、用传感器测量过程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么方法进行修正？ 答：在测量过程变量时大量被测量是随时间变化的动态信号，传感器的输入与输出信号是一个时间函
4、数，随着输入信号变化，实际传感器输出与输入不具有相同时间函数，将会产生系统误差和随机误差。对于系统误差，可以采用差动法补偿来修正，随机误差可以采用统计学中的方法如算数平均或求标准偏差。 22 实验三 系统动态特性的测试一、实验目的学习单容对象动态特性的实验测定方法。 二、实验要求通过实验的方法建立液位对象的过程数学模型。 三、实验步骤利用液位对象的液位与输出流量的关系建立其模型计算机 测试系统结构如图3-1所示。 LT 进水FT 出水图3-1 利用液位输出流量关系建立模型的实验原理图 原理对于液位系统，根据动态物料平衡关系有 式 3-1 式中： 输入流量； 输出流量； 液位高度； A水箱截面积
5、； 、分别为偏离某一平衡状态、的增量。在静态时，当变化时，、也将发生变化，由流体力学可知，流体在紊流情况下，与流量之间为非线性关系，为简化起见，作线性化处理。近似认为与在工作点附近成正比，而与出水阀的阻力（称为液阻）成反比，即 或 式 3-2由式 3-1、式-2，消去中间变量，再求拉氏变换得：单容液位过程的传递函数为： 式 3-3 关闭出水阀，向水箱内注水至260mm左右，将出水阀旋开至适当位置（整个测量过程中保持出水阀开度不变），测量给定液位高度所对应的流量值，填入下表。根据式3-3求对象的数学模型。h (mm)120160200240（l/min）1.8801.9652.0392.1374
6、71541408473其中水箱的截面积。 四、思考题1、分析可能造成模型不准确的原因。答：被控对象有较大的时间常数，导致变化过程较慢； 单容水箱是一阶系统响应，被控变量的变化比较缓慢； 被控对象具有传输延迟； 被控对象不具有非线性，自平衡能力差。实验四 液位单回路控制系统的设计及参数整定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的单回路控制方式。 二、实验要求设计单容水箱的液位单回路控制系统，实现液位的定值控制，并对系统进行参数整定。 三、实验内容1、按照图4-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造液位单回路控制系统。计算机MLI 进水 出水图 4-1 液位单回路控制系统原理图2、 画出液位单回路控
7、制系统方框图。3、 根据液位对象的数学模型，选择系统的采样周期 。 4、 运用经验法确定数字调节器的参数。根据经验公式，选择调节器参数、和值。观察不同参数情况下的控制效果，最终确定较为满意的调节器参数。实验次数调节器参数性能指标111/6.1%55221/6.3%54320.5/5.9%48410.5/5.3%52四、思考题1、在控制过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的？为了提高控制效果，你在控制算法上还采取了哪些措施？答：实验中，开始程序一直记录数据有问题，后来和同学帮助下，原来是fprintf设定不对。最后的实验中，测流量总是开始就达到最大，然后慢慢向下降落，怎么也搞不懂，在老师的指点下终
8、于解决了问题，完成了实验。采用了多次实验取较好数据的方法，消除了偶然误差的影响。本来还采用了微分算法，用了之后才知道不好，又去掉了。实验五 流量单回路控制系统的设计及参数整定一、实验目的掌握过程计算机控制系统的一般设计方法。 二、实验要求根据流量对象的特点，设计流量定值控制系统，并对系统进行参数整定，使系统具有较好的动、静态性能指标和抗干扰能力。 三、实验步骤1、按照图5-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造流量单回路控制系统。计算机M FT 进水 出水图5-1 流量单回路控制系统原理图2、 画出流量单回路控制系统方框图。3、 根据流量对象的特点，选择系统的采样控制周期 。4、 选择调节器
9、参数，进行流量控制，记录控制结果，并就不同参数下的控制效果进行定性讨论控制器实验次数PID10.51/1.86%13.5211/4.3%4.530.50.5/3.08%3.5410.5/7.95%4.5四、思考题1、流量对象与液位对象有什么区别？流量控制系统的参数整定要注意哪些问题？答：（1）流量对象应用流量传感器，对于设定的流量值，系统会在达到 该流量时以大致稳定的流速往水箱注水；液位对象以设定的液位高度为基准，传感器一直对高度进行测量，达到设定高度后立即停止注水，并一直检测，当液面未达到设定值，再次注水以此反复。 （2）注意数学模型的正确建立，在建模过程中减少盲目性，但是该方法较为复杂，在
10、过程控制进行中直接进行工程正定，该方法简单，计算方便，但是参数不一定最佳，但实用；在此采用现场实验整定的方法，这种方法注意改变比例积分的参数，并有比较性地改变，有比较好得效果。附实验程序：实验二 传感器、执行器实验#include #include #include #include driver.h #include conio.h void main() PT_AIConfig ptAIConfig; PT_AIVoltageIn ptAIVoltageIn; float advalue; float h; float q=0; FILE *fp=fopen(test.txt,w); long DriverHandle; ULONG num1=0,num2=0; int count; USHORT over=0; PT_CounterEventStart ptCounterEventStart; PT_CounterEventRead ptCounterEventRead; DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle); while(!kbhit() ptAIConfig.DasChan=0;/AI通道0ptAIConfig.DasGain=0;/Gain Code，+/-5VDRV_AIConfi
