控制工程是一门密切结合生产实际技术性课程因此重点.doc

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系统静态特性测试一、实验目的∶使学生学会用测试法获取系统静态特性的方法,以分析该系统是否符合工艺要求以及组成自控系统后能否正常工作。二、实验内容∶1、控制通道静态特性测试以调节器的手操输出控制调节阀的开度,测出调节阀开度与受控变量之间的关系曲线,求出控制通道的增益K。2、扰动通道静态特性测试在静态工作点附近测试扰动通道的增益 Kf。三、实验步骤:(一)控制通道静态特性测试1、熟悉对象的工艺过程及设备、仪器仪表性能及使用方法。2、选定受控对象,画出系统方块图。3、按照方块图接线。、启动工艺设备,接通仪表电源,观察所有设备、仪表是否运行正常。5、将仪表设置到正常的操作位置。调节器设在:%或100%〈使调节阀处于全关位置〉干扰源全部关闭,主物料阀门全部打开,记录仪根据不同的对象设置一合适的走纸速度。6、改变调节器的输出,在记录仪上观测受控变量的变化,实验中必须注意在测量值稳定后方可改变调节器的输出。逐点调整直到调节器输出 100%或0%。通常对线性系统调节器输出每次调整幅度为 10%,非线性比较严重时,可选择调整幅度为 5%。7、按第六步的方法,但调整调节器输出的变化方向相反,重做一遍。(二)扰动通道静态特性测试学生参照步骤(一)的方法自行设计实验步骤。四、实验结果分析:1、根据控制通道静态特性曲线选择最佳工作点。2、求最佳工作点 10%范围内的K平均值。3、求阀门开度 0-100%变化时,控制增益的变化曲线。4、若阀门开度从 0%-100%和从100%-0%变化时记录仪记录的各对应开度测量值不一致,请分析一下此现象产生的几种原因,太严重时会导致什么后果?5、根据扰动通道的静态特性曲线求出使受控变量变化 20%范围内的扰动通道增益 Kf。6、画出扰动输入与扰动增益的关系曲线。7、假定在工作点范围附近扰动增益是对称的,控制通道能克服的最大扰动是多少?(扰动输入的百分数)五、预****要求:1、画出系统方块图。2、熟悉控制系统中各种仪表的使用方法。3、掌握扰动通道、控制通道、增益 K等名词或参数的意义。2 控制工程实验讲义实验二 系统动态特性测试一、实验目的∶通过此实验使学生掌握扰动通道和控制通道动态特性曲线测试方法,通过对响应曲线的分析加深对K、T、τ参数的认识。二、实验内容∶1、测试系统扰动通道的动态特性,求出扰动通道的T、τ值。2、测试系统控制通道的动态特性,求出控制通道的T、τ值。三、实验步骤∶(一)扰动通道动态特性测试、按实验一方块图接线。、启动设备及仪表,观察设备及仪表是否工作正常,接线是否正确。3、设备及仪表选择合适的工作位置。用调节器硬手操使输出电流为实验一选定的最佳工作点附近。设备主物料阀打开,干扰源经过试验〈使受控变量偏离20~30%〉确定干扰阀的开度后,暂且关闭。4、在设备正常运行,测量值稳定后,加入阶跃干扰,此时在记录纸上标记上时间轴零点的位置,记录走纸速度,并观察受控变量(二阶以上,最好是最高阶的)变化过程。5、在不同的干扰源输入点输入干扰源,重复上述过程。(二)控制通道动态特性测试1、选择阀门开度 20%、50%、70%三个工作点进行测试。2、测试方案学生可参照步骤(一)自行制定。注意:输入变量应是阶跃信号,输出变量选择二阶以上的对象(最好是系统最高阶的)。四、实验结果分析及数据处理∶1 、根据扰动通道的特性曲线求取 Tf、τf的值。2、分析干扰源的输入位置不同, Tf、τf的值有什么不同。3、根据控制通道特性曲线,求取控制通道 T、τ的值。4、假若控制通道 20%、50%、70%三个工作点测试的 T、τ的值不一致,分析原因。五、预****要求∶1、画出系统方块图。2、熟悉控制系统中各种仪表的使用方法。3、掌握阶跃干扰、 T、τ等名词及参数的意义。控制工程实验讲义3实验三 简单调节系统组成及系统投运和参数整定一、实验目的∶通过本实验使学生学会用常规仪表设计并组成一个简单调节系统,并通过系统投运和参数整定加深对课本所学内容的理解。二、实验内容∶、组成简单调节系统。、系统投运。、参数整定。三、实验步骤∶、熟悉工艺设备及配备的各种仪表。、根据已学的知识,选定受控变量,操纵变量,仪器仪表,并画出系统方块图。3 、按方块图接线,选定调节器正反作用开关和初选 PID参数。、按无扰动切换的要求将系统切入自动运行。、根据书上所学的参数整定方法,选择其中一种,进行参数整定,要求调节曲线的衰减比为4∶1。〈要求干扰源加在受控变量的前一级,干扰源幅度预先调定备用。〉、将系统无扰动从自动切换至手动。*说明∶1、本实验的整个过程应用记录仪记录受控变量的变化曲线,每改变一次 PID参数值都应在相应的曲线上记录 PID参数。记录仪走纸速度,开始适应在低速,在调整好后再提高到适当的速度,并应记录走纸速度。2、每做一条曲线,都应让曲线画完整(除非振荡),以便根据曲线做分析,确定 PID参数调整方向、调整幅度。切忌盲目修改参数,而影响实验效果。四、实验结果分析∶、根据记录的衰减比为4:1的响应曲线求衰减比、超调量、余差、回复时间与振荡频率。、说明手动──自动双向无扰动切换的步骤。、实验中,你是采用什么方法进行参数整定的。4、在实验中碰到什么问题你是如何解决的 ?若未解决,分析是什么原因造成的。5、根据两个相临的记录曲线,分析你是如何根据第一条曲线分析得出PID参数的调整方向和幅度,而得到第二条曲线的。你认为第二条曲线是否达到你预期的效果?若未达到,请分析原因。五、预****要求、受控变量,操纵变量的选取原则。2、如何根据对象的特性选取调节阀的类型,设定调节阀的正反作用。3、如何进行系统无扰动切换。4、参数整定有几种方法。5、掌握受控变量、操纵变量等自控系统术语的意义。6、掌握PID参数对调节过程的影响,会根据记录曲线分析PID参数的调整方向。4 控制工程实验讲义实验四 串级控制系统的投运、参数整定及与单回路控制系统控制质量的比较一、实验目的:通过本实验室学生了解如何设计一个串级调节系统,以及串级调节系统的参数整定方法。二、实验内容:、串级控制系统的组成串级控制系统由两个控制回路组成,每个控制回路都有自己的测量值,但只有主回路有自己独立的设定值,副回路的设定值就是主回路调节器的输出值,而只有副回路的输出信号送给被控制过程,这样一个系统称为串级控制系统。、串级控制系统的投运、串级控制系统的参数整定三、实验方法和步骤:、熟悉工艺设备,选取主变量、副变量及操纵变量。、根据对象及已给出仪表画出方块图,并连结仪表。、启动工艺设备,连通仪表电源,观察设备是否正常。、设置合适工作状态。干扰源选定大小后处于备用状态(与实验三一致)调节器在硬手操、设置预置的 PID参数主调节器为内给定,设在实验选定工作点上,副调节器外给定,主、副调节器分别选正、反作用。5、无扰动切换,分别将主、副回路投入自动运行。①、将主、副调节器的手、自动切换开关都置于手动位置,副调节器处于外给定(主调节器始终为内给定)。②、用副调节器手动控制控制阀的开度,使系统处于要求的工况(即主变量接近设定值,且工况平稳)。此时,可调整主调节器的手动输出,?使副调节器的设定值等于测量值,即偏差为0,接着将副调节器切到自动位置。③、假定在主调节器切换到“自动”之前,主变量接近设定值,则可稍稍修正主调节器的设定值,使偏差为0,并将主调节器切换到“自动”,然后逐渐改变设定值,使它回到工艺设定值。也可先手操主调节器输出,使主调节器偏差为 0,再切换主调节器到自动状态。6、分别对主、副回路进行参数整定。串级控制系统的参数整定,一般采用先副后主的方式。由于副回路的目的是提高系统的响应速度,所以,副回路的控制作用一般整定得偏强一些,即衰减比小于2:1,而主回路的整定与单回路相同。详细整定方法参照教材有关章节。、?分别从主回路和副回路加干扰,试比较串级控制系统对这两种不同干扰的克服情况。说明∶1、记录仪应记录主、副受控变量值和相应的 P、I、D值。控制工程实验讲义52、同实验三*说明1。3、同实验三*说明2。四、数据处理与结果分析:、根据实验结果,分析串级控制系统的特点。、你在串级控制系统的投运及参数整定中用的是什么方法?效果如何?、比较串级控制系统和单回路控制系统对控制质量的影响。五、预****要求:1、画出系统方块图。2、熟悉控制系统中各种仪表的使用方法。3、熟悉串级控制系统的主变量、副变量等术语的意义。4、如何选择副变量?5、熟悉串级控制系统的参数整定方法。6、熟悉串级调节系统的无扰动切换方法。六、思考题:、串级控制系统的主、副调节器的选型及参数整定有什么区别?、串级控制系统的主、副调节器正、反作用应怎样选择?、串级控制系统的主要优点是什么?6 控制工程实验讲义实验五 比值控制系统的分析与研究一、实验目的:比值调节系统是控制工程中常采用的一种完成两物料进行一定配比的控制方案,通过此实验可以增进对比值调节系统的构成、工作原理及参数整定的理解。二、实验方法:先利用仪表盘上的模拟部分构成单闭环比值调节系统,方块图如下所示:R2Gc2(s)Gv(s)Q2KGp2(s)y2双笔G(s)记录仪m2Q1(s)m1然后再加干扰(对Q1),调整比值器K与Gc2(s)的参数,使Q2与Q1两流量达到一定的比值。通过记录仪观察实验结果,进行合适的参数整定直至达到满意的实验结果。三、实验步骤:1、?根据工艺要求的两流量比值R,进行比值系数K的计算,若采用乘法器,则需计算乘法器的设定值。在投运后一般还需按实际输出曲线进行适当调整,以满足工艺要求。、?调节器需采用PI形式,整定时,可先将积分时间置于最大,由大到小地调整比例度,直至系统处于振荡与不振荡的临界过程为止。、?在适当放宽比例度的情况下,一般放大20%,然后慢慢地把积分时间减少,直到出现振荡与不振荡的临界过程为止。四、数据处理和结果分析:、比较一下单闭环与开环比值方案的调节质量。、单闭环与双闭环比值调节系统的整定与设定的区别及其运行结果分析。、在单闭环比值调节系统中,调节器应选何种调节规律?、流量经开方后采用乘法器,乘法器的设定信号应如何设定?五、预****要求:1、熟悉控制系统中各种仪表的使用方法。、熟悉比值控制系统的概念及组成方法。