简单过程控制系统的实施与整定剖析.doc

实验内容：简单过程控制系统的实施与整定 【实验目的】 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、掌握单回路控制系统的投运和无扰动切换方法。 4、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 【实验设备】 1、A3000－FS现场总线型过程控制现场系统 4套 2、A3000－CS上位控制系统 4套 【实验原理】 1、控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P、PI和PID控制器特性。控制逻辑如图3-1所示： 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P、PI 、PID控制，看控制效果，进行比较。 2、控制系统方框图 如图3-2所示： 图3-2 单容下水箱液位定值(随动)控制统方框图 3、控制系统接线表 表3－1 测量或控制量 测量或控制量标号 使用PLC端口 使用ADAM端口 下水箱液位 LT103 AI0 AI0 调节阀 FV101 AO0 AO0 【实验内容与步骤】 1、系统连接 （1）在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV206，调节下水箱闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。 （2）在A3000-CS上，将液位差压变送器的输出连接到AI0，AO0端口，即连接到电动调节阀上。 （3）打开A3000电源。在A3000-FS上，启动右边水泵。 （4）启动计算机组态软件，进入实验系统选择相应的实验。启动控制器，设置各项参数，将控制器的“手动－自动”切换开关置相应的位置。 2、控制器参数整定 用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。它的具体做法是： 待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度δ（即1/KC），并且每当减小一次比例度δ，待被控变量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被控变量变化的动态过程。若被控变量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。 在如上图所示的系统中，当被控变量作等幅荡时，此时的比例度δ就是临界比例度，用δk表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk。 3、控制系统的投运及运行 设置好控制器的正、反作用和P，I，D参数； 按无扰动切换的要求将控制器从“手动”入“自动”状态。 控制器采用不同的控制算法，系统的运行情况： P控制算法 ①设置P参数（δ），I参数（Ti）设置到最大，D=0（即Td=0）。观察计算机显示屏上的曲线，待被控变量基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。 ②待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。 ③减小δ重复步骤1，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 ④增大δ重复步骤5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 ⑤选择合适的δ，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。 注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。 PI控制算法 ①在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即把Ti由最大处设定到中间某一个值，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 ②固定比例δ值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被控变量的输出波形， ③固定于某一中间值，然后改变δ的大小，观察加扰动后被控变量输出的动态波形，超调量 ④选择合适的δ和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。 实验过程的曲线图如下： 设定值为30，P=5，I=0，D=0 设定值为35，P=10，I=0，D=0 设定值为40，P=20，I=0，D=0 设定值为80，P=60，I=0，D=0 设定值为80，P=10，I=10，D=0 设定值为75，P=10，I=20，D=0 设定值为80，P=10，I=60，D=0 设定值为72，P=10，I=60，D=5 设定值为80，P=10，I=60，D=10 PID整定：设定值70，P=3，I=35,D=0 【实验思考】 1、 分析积分量I与被控系统的响应时间有