《测控技术综合实验》.docx
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《测控技术综合实验》
成绩:
测控技术综合实验报告
班级:
测控11-1
姓名:
学号:
110340101XX
日期:
2014/6/16---2014/7/4
第一部分一阶液位对象特性的测试
一、实验目的
通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法,测量时应注意的问题,对象模型参数的求取方法。
2、实验内容
1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能,掌握其正确的接线与使用方法,以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。
熟悉实验装置面板图,做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。
熟悉系统构成和管道的结构,认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。
2.将上水箱特性测试(计算机控制)所用实验设备,参照流程图和系统框图接好实验线路。
3.确认接线无误后,接通电源。
4.运行组态王,在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验”,点击实验选择按钮,选择一阶液位对象。
5.手动/自动将按钮切换到手动,点击PID设定按钮设定系统的输入信号值,点击实时曲线按钮观察输出曲线。
6.在PID设定中,点击u(k),设定一数值使系统液位处于某一平衡位置(设定的数值过大会影响系统稳定所需的时间)。
7.改变u(k)输出,给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间),使系统的输出信号产生变化,上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。
8.点击历史曲线按钮,观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线,直至达到新的平衡为止。
9.改变u(k)输出,给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号,使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。
10.点击历史曲线按钮,观察计算机中上水箱液经的反向阶跃响应曲线,直至达到新的平衡为止。
3、数据整理
曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格2-2。
填入下表得
表2-2阶跃响应曲线数据处理记录表
参数值
测量情况
液位
K
T
τ
输入
1.4
20min
3.5min
平均值
1.4
20min
3.5min
4、分析与结论
(1)u(k)=700
pv=13
(2)u(k)’=750
pv’=83
静态增益:
K=
时间常数:
由图可得,0.632
对应下的时间T2为08:
20,T1=08:
00
所以时间常数T=T2-T1=20min
延迟时间:
由图得
min
将数据填入上表
传递函数为:
第二部分水箱液位控制系统的组态过程
试验中我们是运用“组态王”软件来建立系统监控画面。
组态王开发监控软件系统,是新型的工业自动控制系统,它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
1、使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法:
(1)图形界面的设计
(2)构造数据库
(3)建立动画连接
(4)运行和调试
2.使用组态王软件开发具有以下几个特点:
(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。
(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。
对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。
3.在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面:
(1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。
(2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。
(3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。
2、构造数据库
数据库是“组态王”软件的核心部分,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
在TouchVew运行时,它含有全部数据变量的当前值。
变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义,定义时要指定变量名和变量类型,某些类型的变量还需要一些附加信息。
数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。
如果不建立数据词典,那么组态王就是一张简单的平面画,看起来挺漂亮,但是没有连接,没有任何意义。
3、试验组态工程中的数据词典
下图为实验组态工程的数据词典部分截图:
4、界面设计
针对上位水箱液位串级控制系统的画面组态如下图所示
(1)创建组态画面:
使用工程管理器新建一个组态王工程后,进入组态王工程浏览器, 单击“工程”弹出“工程管理器”窗口,单击右上角“新建”命令,进入工程新建界面。
如下图:
完成以上步骤后工程就建好了,现在打开工程
在对话框中可定义画面的名称、大小、位置、风格,及画面在磁盘上对应的文件名。
该文件名可由“组态王”自动生成,工程人员可以根据自己的需要进行修改。
输入完成后单击“确定”按钮使当前操作有效,或单击“取消”按钮放弃当前操作。
(2)画面制作:
每次打开一个原有画面或建立一个新画面时,图形编辑工具箱都会自动出现。
工具箱提供了许多常用的菜单命令,也提供了菜单中没有的一些操作。
当鼠标放在工具箱任一按钮上时,立刻出现一个提示条标明此工具按钮的功能。
(3)动画连接
在对应元件上单击鼠标右键,在弹出的命令菜单中选择“动画连接”
(4)完成画面设计后打开工程切换到view模式下,就可以对实验画面进行监控了。
PV是测量值,SV是设定值,Kp是比系数,Ti是积分时间常数,Td是微分时间常数。
通过对P、I、D的不断调节改变,同时观察测量值曲线的趋势变化,以达到趋于稳定的曲线,从而完成对系统的初步调试。
第三部分串级液位对象特性测试
1、水箱液位控制串级框图
系统工作原理
本实验为水箱液位的串级控制系统,它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器,控制对象为上水箱液位,上水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器,控制对象为气动阀门,又称副对象,气动阀门流量为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定,因而副控回路是一个随动控制系统。
PID控制参数对控制性能的影响
(1)、比例控制Kp对系统性能的影响
对动态特性的影响
比例控制Kp加大,使系统的动作灵敏度提高,速度加快,Kp偏大,震荡次数加多,调节时间加长。
当Kp太大时,系统会趋于不稳定。
若Kp太小,会使系统的动作缓慢。
对稳态特性的影响
加大比例控制Kp在系统稳定的情况下,可以减小稳态误差,提高控制精度,但是加大Kp只是减少了ess,却不能完全消除稳态误差。
(2)、积分控制Ti对控制性能的影响
对动态特性的影响
积分控制Ti通常使系统的稳定性下降。
Ti太小系统将不稳定。
Ti偏小,振荡次数较多。
Ti太大,对系统性能的影响减少。
当合适时,过度特性比较理想。
对稳态特性的影响
积分控制Ti能消除系统的稳态误差,提高系统的控制精度。
但是若Ti太大时,积分的作用太弱,以至于不能减小稳态误差。
(3)、微分控制Td对控制性能的影响
微分控制可以改善动态特性。
如超调量减少,调节时间缩短,允许加大比例控制,使稳态误差减小,提高控制精度。
当Td偏大或偏小时,都会使超调量较大,调节时间较长。
只有合适的Td,可以得到比较满意的过度过程。
调整方法如下:
1、先将I值设为0,将P值放至比较大,当出现稳定振荡时,我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止(术语叫临界振荡状态),在有些情况下,我们还可以在些P值的基础上再加大一点。
2、加大I值,直到输出达到设定值为止。
当系统只在Kp作用下
增大Ti
最终实验的波形
PID参数调节
实验总结:
通过这次课程设计,我们接触到了过程控制在实验系统中的应用、调试,这让我对过程控制的实现方法,应用领域都有了较深的印象。
在设计过程中我们遇到了很多困难,我们知道了理论和实际的距离,也知道了理论和实际想结合的重要性,同时也增长了许多在课堂上没学到的知识,使我大开眼界。
自己今后将会更加的把理论知识和实际应用结合起来,提高自己的能力。
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- 关 键 词:
- 测控技术综合实验 测控 技术 综合 实验