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1、 综合实验报告( 2016- 2017 年度 第 1 学期)名 称： 控制系统综合实验 题 目： 水箱水位控制系统 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 1 周 成 绩： 日期： 2017 年 1 月 5 日控制系统综合实验任 务 书一、 目的与要求本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。1了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系。2学会数字控制器组态方法。3掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全
2、部内容。二、 主要内容1熟悉紧凑型过程控制系统，并将系统调整为水位控制状态。2对数字控制器组态。3求取对象动态特性。4计算调节器参数。5调节器参数整定。6做扰动实验，验证整定结果。7写出实验报告。三、 进度计划序号 实验内容 完成时间 备注1 学习 Burkert 1110 型数字工业控制器的功能与操作 1 天2 学习了解紧凑过程控制系统的设备与元件以及实验内容 1 天3 查阅资料，确定水位系统数学模型的结构和参数辨识的方法 05 天4 查阅资料，确定水位系统 PID 控制器整定方法 05 天5 作水位系统实验求取数学模型，整定 PID 参数，并验证整定结果 1 天6 整理打印实验报告 1 天
3、四、实验成果要求完成实验报告，实验报告包括：1实验目的2实验设备3实验内容，必须写出参数整定过程，并分析控制器各参数的作用，总结出一般工程整定的步骤。4实验总结，此次实验的收获。以上内容以打印报告形式提交。五、 考核方式根据实验时的表现、及实验报告确定成绩。学生姓名： 指导教师： 2017 年 1 月 4 日一、课程设计的目的与要求本综合实验是自动化专业的实践环节。通过本实践环节，使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。通过此次实验，学生应达到以下的基本要求：1. 了解单容水箱水位控制
4、系统的实际结构及各环节之间的关系。2. 了解压力控制系统的实际结构及各环节之间的关系。3. 学会数字控制器组态方法。4. 掌握控制系统整定方法，熟悉工程整定的全部内容。二、 设计正文1、实验设备 紧凑型过程控制系统；上位机。2、 对数字控制器组态（1）打开控制器电源，等待约十秒钟，控制器处于正常状态。（2）控制器组态同时按控制器“选择”键和“确认”键持续五秒，控制器进入组态界面，显示组态菜单。如果显示“serial” ，则说明控制器由上位机控制，需通过“选择”键选“local”项并由“确认”键确认，显示屏才显示主菜单的“StruMenu”项；如显示主菜单的“StruMenu”项，则可直接组态。
5、组态内容如下表（没标数值的参数可由“确认”键直接确认）：主菜单Structure结构Input 1输入 1Controller控制器Output输出Add Menu附加菜单End结束子菜单Standard标准0-20mA信号类型：no开方函数PVh：340显示上限PV1：-199.9Kp1：放大倍数Tr：积分时间Td：0微分时间Pdb：0.01Contin.连续信号0-10V信号类型COh：100操作值上限CO1：0Seria:remote串口Bd:9600波特率Par:even奇偶校验Adr:0001显示下限SPh：180给定值上限SP1：0给定值下限Al：abs报警方式PV+：180报警上
6、限PV-：0报警下限Hy：1.0报警滞后Fg1：20滤波器频率死区CO0：工作点操作值下限Inv：no控制器反作用口地址End附加菜单结束3、求取对象动态特性（1）打开上位机，进入到 InTouch 过程控制系统测量监控界面。（2）手动状态时，设 Y=55（执行器输出 55%），观察水位输出曲线。（3）当水位趋势平稳时（可能会有小的波动），加入幅度为 15 的阶跃值（Y=70），观察水位输出曲线。（4）待水位趋势平稳后，点击“历史趋势”按钮，转至历史趋势画面。点击“实时”按钮显示整个过程曲线。（5）将阶跃扰动下的上升曲线按点描绘在坐标纸上。求取对象动态特性参数，小数点保留一位。图一 阀门开度从
7、 55 到 70 过程中对象的变化曲线采用切线法求取参数，可得惯性时间 T=100s,延迟时间 t=6s,系统增益 K=6.31。4、计算调节器参数根据对象的动态特性参数，由 Z-N 整定公式可求得比例带 =0.18，则 Kc=5.6，积分时间 Ti=5。5、调节器参数整定（1）在监控画面点击“配置”，设置 Kc、Ti。（2）点击“过程”，手动状态下设 Y=60%（左右）。（3）待水位趋势平稳后，设置“给定值”（加给定值扰动 S=30，使水位在 90-130mm 之间变动），点击“自动”，是系统投入自动状态，观察水位变化情况。（4）观察节约响应曲线是否符合要求。经观察，曲线符合要求。Kc=8，
8、Ti=1.3。图二、图三 设定值扰动下系统的控制曲线（过渡时间按图中标注计算）6、做扰动实验，验证整定结果（1）给水阀门扰动实验整定好系统，设定 SP=100，投自动待调节结束后，点击“手动”。使执行器输出 Y 在现有值基础上增加 10%。系统再次投入自动状态，待调节过程结束后，记录输出曲线。图四 阀门开度扰动对控制系统的影响经过实验，计算得到过渡时间为 10s，超调量为 0，衰减率 90%以上（2）随机扰动实验整定好的系统在平衡状态下（自动），将 4#手动阀关 2-3 秒，再打开，观察调节系统的抗干扰能力。记录曲线。7、 写出整定报告。图五 阀门关闭之后重开曲线按图计算，其超调量为 0，调节
9、时间为 20s，衰减率为 90%以上，系统响应良好三、课程设计总结或结论P 控制规律：调节作用及时，偏差一旦产生，调节器立即使被控参数朝着减小偏差的方向变化，Kc 增大则控制作用增强；有差调节，Kc 增大则静差减小； Kc 过大会引起振荡，导致系统不稳。I 控制规律：调节作用不及时，T I减小则控制作用增强；无差调节，只要偏差存在，调节器就一直调整输出直至偏差为零；积分作用使系统稳定性变差。通过本次控制系统综合实验，了解到单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关系，学会数字控制器的组态方法，并通过实际操作掌握了控制系统的整定方法。通过对控制器参数的整定，收获将理论应用于实践的机会，对过程控制过程有了更为深刻的理解。感谢老师重点细致的讲解以及耐心温柔的态度。四、参考文献1 金以慧主编.过程控制M .北京：清华大学出版社.1993.2 吴勤勤主编.控制仪表及装置M .北京：化学工业出版社 .2013.
