自动控制系统综合实验报告 本文关键词：实验，自动控制系统，报告，综合
自动控制系统综合实验报告 本文简介：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
自动控制系统综合实验报告 本文内容：
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
0．5天
4
查阅资料，确定水位系统PID控制器整定方法
0．5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
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。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1
Controller
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：-199.9
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
报警上限
PV-：0
报警下限
Hy：1.0
报警滞后
Fg1：20
滤波器频率
Kp1：
放大倍数
Tr：
积分时间
Td：0
微分时间
Pdb：0.01
死区
CO0：
工作点
Contin.
连续信号
0-10V
信号类型
COh：100
操作值上限
CO1：0
操作值下限
Inv：no
控制器反作用
Seria:remote
串口
Bd:9600
波特率
Par:even
奇偶校验
Adr:0001
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δ=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ΔS=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，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，TI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.