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工业过程检测与过程控制
工业过程检测与过程控制
实验报告告
学院:
************
专业:
电气工程
学号:
***********
姓名:
***
苏州大学机电工程学院
二零一三年五月
实验一锅炉液位控制系统实验
一、实验目的
1了解锅炉液位控制系统的组成。
2建立液位控制数学模型(阶跃响应曲线)。
3计算系统各参数下的性能指标。
4分析PID参数对控制系统性能指标的影响。
二、实验步骤
1出水流量控制系统置于“手操”,即开环方式,设定OUTL=60%
2令:
=20%Ti=80(s)、Td=10(s),设置到液位控制器中。
3液位控制系统置于“自动”,即闭环方式,设定SV=200m,等待稳定下来。
4将液位控制器的“自动”输出阶跃变化100mm即设定SV=300mm同步记录
液位的PV值(间隔30秒记录一次,约20分钟)。
5改变比例带:
令6=10%Ti=80(s)、Td=10(s),设置到液位控制器中,重复步骤3和步骤4。
6改变积分时间:
6=20%Ti=40(s)、Td=10(s),设置到液位控制器中,重复步骤3和步骤4。
7改变微分时间:
6=20%Ti=40(s)、Td=20(s),设置到液位控制器中,重复步骤3和步骤4。
三、实验数据
表1-1锅炉液位控制系统实验记录表
时间:
(min)
液位:
(mm)
液位:
(mm)
液位:
(mm)
液位:
(mm)
0.0
[200
200
200
200
0.5
203.5
206.4
206.5
205.0
1.0
209.9
215.9
216.9
212.0
1.5
[216.5
225.9
228.8
219.5
2.0
224.4
236.5
241.4
228.2
2.5
232.9
248.2
256.1
236.0
3.0
241.8
259.6
270.4:
245.8
3.5
250.9
271.4
285.7
254.8
4.0
260.6
283.2
299.1
264.4
4.5
269.8
293.6
308.7
273.9
5.0
[279.2
301.3
310.0
283.3
5.5
(289.0
304.1
308.5
292.4
6.0
297.1
304.5
305.3
299.6
6.5
302.2
303.3
301.8
304.7
7.0
306.2
302.2
298.9
306.0
7.5
[306.7
301.7
297.1
306.5
8.0
306.0
300.7
297.1
305.9
8.5
305.1
300.0
297.2
304.8
9.0
[303.8
299.9
298.7
303.6
9.5
302.5
299.6
300.0
301.7
10.0
301.4
299.7
300.3
300.8
10.5
300.9
299.6
300.9「
300.2
11.0
[300.2
299.9
301.4
299.7
11.5
299.7
300.1
301.0
299.0
12.0
299.2
300.0
300.7
298.9
12.5
[299.3
300.1
300.0
298.7
13.0
299.5
299.4
298.9
13.5
299.4
299.3
299.0
14.0
;299.5
299.6
299.3
14.5
;299.6
299.9
299.5
15.0
300.1
300.2
299.8
15.5
300.2
300.1
16.0
[300.2
300.3
16.5
299.7
300.4
17.0
300.1
300.2
17.5
:
299.9
300.3
18.0
300.1
300.3
18.5
300.1
19.0
300.1
19.5
300.0
20.0
300.1
四、阶跃响应曲线
液位诡节曲线
图1锅炉液位控制系统液位调节曲线
五、实验数据处理
1、由实验数据和阶跃响应曲线计算四组PID参数下系统性能指标:
衰减率屮、
衰减比n、超调量c(%)、调节时间ts(min)。
衰减比二也
Ys
超调量;:
.-二丄100%
y(°°)
调节时间ts:
一般是当被控量进入其稳态值的土5%范围内时所需的时间。
表1-2系统各性能指标
指标
参数
S=20%、
Ti=80(s)
Td=10(s)
S=10%、
Ti=80(s)
Td=10(s)
S=20%、
Ti=40(s)
Td=10(s)
S=20%、Ti=80(s)Td=20(s)
衰减率屮
0.984
0.977
0.970
0.953
衰减比n
66:
1
44:
1
33:
1
21.3:
1
超调量CT(%)
6.6
4.5—
9.9
6.3
调节时间ts(min)
5.5
4.5
3.5
5.5
2、分析S(比例带)、Ti(积分时间)、Td(微分时间)对系统性能的影响。
(1)比例带:
当S减小时,引起3变大;Z减小屮减小,稳定性变差。
(2)积分时间:
当Ti减小时,引起3变大;Z减小屮减小,稳定性变差。
(3)微分时间:
引入Td,可提高快速性,提高系统的工作频率;Td太大或太小,都会破坏系统的稳定性。
实验二锅炉温度控制系统实验
一、实验目的
1了解锅炉温度控制系统的组成。
2建立被控对象的数学模型:
掌握用动态特性参数法辨识被控对象模型(一阶加滞后)的特性参数。
3掌握整定PID参数的计算过程。
4计算温度控制系统闭环状态下的性能指标。
5总结对过程控制系统实验的心得体会。
二、实验步骤
1液位控制系统置于“自动”,即闭环方式,设定SV=300mm。
2出水流量控制系统置于“手操”,即开环方式,大约使PV=40L/H。
3温度控制系统置于“手操”,设定OUTL=10%~15%。
4等待液位、出水流量和温度稳定下来。
5将温度控制器的“手操”输出阶跃变化5%~10%,即设定OUTL=15%~20%,同步记录温度的PV值(间隔一分钟记录一次,大约45分钟)。
6根据开环实验数据,在实验计算机记录温度开环阶跃响应曲线上,计算机被控对象参数K、T和T。
然后按教材第83页的表4.1(另一教材第168页的表3-6)计算PID参数S、Ti、Td。
7温度控制系统置于“自动”,即闭环方式没设定SV=30C~40C,把第六步得到的3、Ti、Td设置到控制器中,等待稳定下来。
8将温度控制器的“自动”输出阶跃变化5C~10C,即设定SV=30C~50C,同步记录温度的PV值(间隔30秒记录一次,约20分钟)。
9根据温度闭环实验曲线,在直角坐标纸上绘制温度控制系统的阶跃响应曲线,由曲线计算系统性能指标;衰减率収衰减比n超调量o、调节时间ts。
三、实验数据
表2-1温度开环实验数据记录表
时间:
(min)
温度:
「C)
时间:
(min)
温度:
(C)
0
21.2
24
30.0
1
22.7
25
30.2
2
23.2
26
30.2
3
24.1
27
30.7
4
24.9
28
30.5
5
25.5
29
30.5
6
26.1
30
30.7
7
26.9
31
30.7
8
26.8
32
30.9
9
27.3
33
30.9
10
27.7
34
31.4
11
27.8
35
31.2
12
28.5
36
31.5
13
28.4
37
31.6
14
28.9
38
31.4
15
29.1
39
31.8
16
29.4
40
31.9
17
29.3
41
31.7
18
29.4
42
31.9
19
29.5
43
31.9
20
29.8
44
31.8
21
29.7
45
22
29.8
46
23
30.1
47
表2-2温度闭环实验数据记录表
时间:
(min)
温度:
「C)
时间:
(min)
温度:
(C)
0.0
32.0
12.0
42.4
0.5
32.7
12.5
42.5
1.0
33.3
13.0
42.0
1.5
34.1
13.5
42.3
2.0
34.2
14.0
41.8
2.5
35.2
14.5
42.4
3.0
35.7
15.0
42.0
3.5
36.1
15.5
42.3
4.0
36.4
16.0
42.0
4.5
37.2
16.5
5.0
37.8
17.0
5.5
38.4
17.5
6.0
39.0
18.0
6.5
39.3
18.5
7.0
40.2
19.0
7.5
40.6
19.5
8.0
41.5
20.0
8.5
41.6
20.5
9.0
41.7
21.0
9.5
42.2
21.5
10.0
42.3
22.0
10.5
42.3
22.5
11.0
:
42.5
23.0
11.5
42.6
23.5
-J也丸
锅炉温度调节曲线
fitta特耳弗賣关于
图2-1锅炉温度控制系统温度调节曲线
五、实验数据处理
319C-212C=107C
10.7X0.39+21.2=25.4C
10.7X0.63+21.2=27.9C
ti=320s
t2=687s(不合适)
取t2=571s
T0=2(t2-ti)=2X(571-320)=502s
t=2ti-t2=2X320-571=69s
0.13745
502
1T
3二0.850850.7130.13745-0.08334=8.334%
PT
Ti=2r=2X69=138s
Td=0.5t=0.5X69=34.5s^34s
超调量二二-11100%=4.8%
y(°°)
调节时间ts=7.0min
实验心得
1、这个实验包括锅炉液位控制和锅炉温度控制,实验过程十分缓慢,一次实验需要20~45分钟的计时时间,需要耐心的进行实验,认真读取数据并将数据记录下来。
2、实验中采用了PID控制原理,是系统的控制更加精确。
3、实验中PID参数的选择也非常的重要,比例带、积分时间、微分时间都在控制中起着不同的作用。
4、改变PID参数中的一项,控制系统达到稳定所需的时间也有所不同,系统的稳定性能也有所不同。
5、在锅炉温度控制系统实验中,与开环控制系统相比,闭环控制系统体现了它的优越性:
准确,快速,稳定。
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- 工业 过程 检测 控制