过程控制工程实验报告
实验一单回路控制系统
一、实验目的
1、掌握A3000过程试验装置的结构和管路流程，掌握SUPCON DCS的操作使用方法。
2、掌握对象特性测试方法。
2、了解单回路控制的特点和调节品质，掌握PID参数对控制性能的影响。
3、学会分析执行器风开风关特性的选择及调节器正反作用的确定。
4、初步掌握单回路控制系统的投运步骤以及单回路控制器参数调整方法。
二、实验设备
A3000过程对象的下水箱V103，SUPCON DCS，支路系统1，支路系统2。
三、实验原理和流程
（一）实验原理
1．单容自衡对象动态特性测试
所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。如图1.1，水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过闸板开度来改变。被调量为水位H。
图1.1单容水箱液位数学模型的测定
通过物料平衡推导出的公式：
u k Q H k Q u i O ==,，则 )(1H u k A dt dH u α-=，其中，A 是水槽横截面积，u k 是
调节阀系数，α为流量系数，在工作点处进行线性化和增量化，得：
u R k H dt H d RA u ?=?+?，其中，
α02H R =就是水阻。 进行拉普拉斯变换，得该系统的传递函数数学模型为：
1
)()()(+=??=TS K s U s H S G 如果对象具有滞后特性时，传递函数为：
s e TS K s U s H S G τ-+=??=1
)()()( 模型中τ、、T K 分别为对象增益、时间常数、纯滞后时间，这三个参数可以根据对象的阶跃相应曲线进行求取，如图1.2，一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T ，也可由坐标原点对响应曲线作切线OA ，切线与稳态值交点A 所对应的时间就是该时间常数T 。如果对象具有滞后特性时，在此曲线的拐点D 处作一切线，它与时间轴交于B 点，与响应稳态值的渐近线交于A 点。图中OB 即为对象的滞后时间τ，BC 为对象的时间常数T 。
图1.2 利用响应曲线求模型参数
2． 单回路控制系统
图1.3 单回路控制系统方框图
图1.3为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。
控制器采用PID 控制规律，其传递函数为)11()(S T S T K s G d i c c ++
=。常用的控制规律有比例(P)调节 、比例积分(PI)调节、比例微分(PD)调节 、比例积分微分(PID)调节。
调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有临界振荡法、衰减振荡法、动态特性参数法。
（1） 临界振荡法
将0,=∞→d i T T 调整δ置较大值，逐渐减小δ，直至出现等幅
振荡，记下r δ (临界比例带)，根据r r T ,δ查表得
d r T T ,,δ，见下表
临界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。首先要产生允许受控变量能承受等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶和二阶以上或具有纯滞后的一阶以上环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。
（2） 衰减振荡法
将,0,=∞→d i T T 调(使被控量达4：1或10：1；对应
',s s δδ
根据s s T ,δ选d i T T ,,δ
3 动态特性参数法
所谓动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法，即根据对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K 、T 、τ等），利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度，此时应采用动态特性参数法进行整定。
（二）实验流程
以第1套实验装置为例，在A3000高级过程控制实验系统中，如图1.4所示组成单回路控制系统。
图1.4 单回路控制系统
四、实验内容与步骤
（一）SUPCON DCS 操作熟悉
由教师或学生启动操作站上的SUPCON DCS监控画面，注意各组只启动自己的小组画面，不要乱动其他组的装置，所有一切操作都在DCS上有记录。进入画面后，要求学生首先熟悉DCS操作，逐项熟悉下面的内容：
监控画面上工具条按钮的意义与用法；
如何进行画面切换与翻页；
如何切换到流程画面和趋势画面；
流程图画面熟悉，与实际系统的对应；
在流程画面上的操作，包括：电磁阀开关面板的弹出、调节器面板的弹出、手操器面板的弹出；
熟悉开关面板的操作；
熟悉调节器面板的操作，包括给定值、阀位、手自动切换等；
熟悉手操器面板的操作；
熟悉如何通过调节器面板切换到PID整定画面；
熟悉PID整定面板上各个内容的操作，包括：熟悉怎样设置PID调节器的正反作用、PID参数、手自动、给定、阀位、曲线倍率选择等。
（二）单容自衡水箱对象动态特性测试
首先将装置上的手阀全部关闭，然后仅打开画面上显示的手阀，具体操作为：
打开QV-115、QV-106、QV-102，QV-116
关闭QV-105、QV-111
调节各装置水箱闸板到适当位置(开度0.6~0.8CM)；
在DCS操作站上通过用鼠标点击画面上的LIC1003框调出LIC1003调节面板，用鼠标左键点击LIC1003调节面板上的按钮，将该调节器切至手动，将调节器LIC1003的阀位输出置为0；将手操器HIC1002的阀位输出置为0，然后打开手阀QV-105；
由教师正确打开A3000现场系统的面板开关；
在DCS操作站上将电磁阀XV-101置于开的状态；
在DCS上，使LIC1003处于手动状态，给该调节器输出一定的开度，使水箱开始加水到一定高度（50％以下），并稳定下来，记录下此时阀位的开度和液位的高度。
给阀位一个正向阶跃，幅值不宜太大，然后观察液位响应曲线，等到液位稳定后记下此时的阀位开度和液位高度，根据DCS记录的响应曲线和图1.2计算水箱的模型。
将液位恢复到初始的工作点，给阀位一个反向阶跃，求出此时的水箱模型。
比较两次求取的数学模型是否一致？
（三）单回路控制系统
正确投用单回路控制回路，在此过程中考虑DCS是如何实现无扰切换的，具体如下：在DCS操作站上通过用鼠标点击画面上的LIC1003框调出LIC1003调节面板，用鼠标左键点击LIC1003调节面板上的按钮，将该调节器切至手动，变频器可以认为具有风开特性，正确设置调节器的正反作用，由学生自行判断与设置。
1、内容一：PI控制
在DCS上，使LIC1003处于手动状态，给该调节器输出一定的开度，使水箱开始加水到一定高度（50％以下），并稳定下来，设置LIC1003控制器为PI控制，然后在LIC1003的调节面板上用鼠标左键点击面板上的按钮，将LIC1003切入自动，在相同液位工作点下，对该液位控制系统的液位给定值做一个阶跃（范围不要太大，5％～15％之间，正向或负向），观察不同比例度和积分时间下的控制效果，分析比例度和积分时间对控制效果的影响。
对PI控制器进行工程整定，并将整定后的参数置入控制器，然后对对该液位控制系统的液位给定值做一个阶跃，观察控制效果。
在A3000装置上打开QV-105，在DCS上调出HIC1002手操器面板，给该手操器输出一个开度（比如10％），对液位控制系统施加干扰，观察控制系统对干扰的抑制效果。2、内容二：PID控制
采用PID控制，重复上面内容一的实验。
五、思考题
1.如果要测二阶对象的数学模型，在A3000装置上如何搭建出流程来？画出具体流程图。
2、分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
答：P：是基本控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。
PI：其中P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I会降低系统的稳定性。
PD：由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短，减小了误差，但是由于微分抗干扰能力差，且微分过大会导致调节阀动作向两边饱和。
PID：常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。
3、二阶水箱液位控制系统流程如何搭建？
答：先控制好上水箱出口流量，用作下水箱的输入流量，然后搭建一阶水箱模型，进行PID参数调试与控制。
4、分析一下简单控制系统的投用步骤，DCS的数字PID算法是如何实现无扰切换的？
答：投用步骤: 在DCS操作站上通过用鼠标点击画面上的LIC1003框调出LIC1003调节面板，用鼠标左键点击LIC1003调节面板上的按钮，将该调节器切至手动，变频器可以认为具有风开特性。然后进行PI和PID控制操作。
5、通过单击与来实现无扰切换。
答：手动模式下，PID控制器输出可写作如下算式：u（t-）=up（t-）+ui（t-）+ud（t-）；切换到自动之后，u（t+）=up（t+）+ui（t+）+ud（t+）；若实现u（t-）=u(t+)。可以通过更新积分部分状态或微分状态来实现。
六、实验结果提交
1、画出单容水箱液位特性测试实验的结构框图。
答：
2、画出单容自衡对象特性测试时的响应曲线，根据实验得到的数据及曲线，分析并计算出单容水箱液位对象的参数及传递函数。
3、画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。
4、绘制出PI控制时的各种响应曲线，并分析比例度和积分时间对控制效果的影响。
答：
单容水箱液位数学模型的测定
比例度减小，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生震荡，使稳定性变坏。
Ti增大，有利于减小超调，减小震荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除随之减慢5、绘制出PI控制时整定之后的控制效果曲线及对干扰的抑制曲线。
6、绘制出PID控制时的各种响应曲线，并分析比例度和积分时间、微分时间对控制效果的影响。
答：Kp增大，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生震荡，使稳定性变坏。
Ti增大，有利于减小超调，减小震荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除随之减慢Td增大，有利于加快系统响应，使超调减小，稳定性增加，但对高频扰动有较敏感的响应。
7、绘制出PID控制时整定之后的控制效果曲线及对干扰的抑制曲线。
六、实验总结
通过本次试验，我掌握了A3000过程控制系统的结构和管路流程，学习并掌握了SUPCON DCS的操作使用方法。
同时学习了对象特性测试方法，了解了单回路控制的特点和调节品质，巩固并深刻认识到PID参数对控制性能的影响；学习了分析执行器风开风关特性的选择、调节器正反作用的确定等；初步掌握了单回路控制系统的投运步骤和单回路控制器参数调整方法。
可以运用二阶水箱实际操作，进行相应参数调试和控制，了解到实际操作与理论有所差别，需要我们结合理论指导，实际去调试。
实验二串级控制系统
一、实验目的
1、学习闭环串级控制的原理。
2、了解闭环串级控制的特点。
3、掌握闭环串级控制的设计。
4、初步掌握串级控制系统的投运步骤以及闭环串级控制器参数调整。
二、实验设备
A3000过程对象的下水箱V103，SUPCON DCS，支路系统1，支路系统2
三、实验流程
以第1套实验装置为例，在A3000高级过程控制实验系统中，如图2.1所示组成单容的液位流量串级控制系统。
图2.1 液位串级控制实验
实验以串级控制系统来控制下水箱液位，以第1支路流量为副对象，左边水泵经变频控制直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，所以选为副回路参数。
下水箱为主对象，流量的改变需要经过一定时间才能反映到液位，时间常数比较大，时延大。所以选为主回路参数。该控制系统结构图如图2.2。
图2.2 液位串级控制实验
四、实验内容与步骤
（一）SUPCON DCS 操作熟悉
由教师启动操作站上的SUPCON DCS监控画面，注意各组只启动自己的小组画面。进入画面后，要求学生首先熟悉DCS操作，逐项熟悉下面的内容：
监控画面上工具条按钮的意义与用法；
如何进行画面切换与翻页；
流程图画面熟悉，与实际系统的对应；
在流程画面上的操作，包括：电磁阀开关面板的弹出、调节器面板的弹出、手操器面板的弹出；
熟悉开关面板的操作；
熟悉调节器面板的操作，包括给定值、阀位、手自动切换等；
熟悉手操器面板的操作；
熟悉如何通过调节器面板切换到PID整定画面；
熟悉PID整定面板上各个内容的操作，包括：熟悉怎样设置PID调节器的正反作用、PID参数、手自动、给定、阀位、曲线倍率选择等。
（二）串级控制系统实验
1 准备工作
首先将装置上的手阀全部关闭，然后仅打开画面上显示的手阀，具体操作为：
打开QV-115、QV-106、QV-102，QV-116
关闭QV-105、QV-111
调节各装置的水箱闸板到适当位置(开度0.6~0.8CM)；
在DCS操作站上先将两个调节器LIC1003和FIC1001切换到手动状态，变频器可以认为具有风开特性，正确设置两个调节器的正反作用和PID参数，由学生自行判断与设置；
在DCS操作站上先将调节器LIC1003和FIC1001设为手动状态。两个调节器LIC1003和FIC1001的阀位输出置为0，将手操器HIC1002的阀位输出置为100；
由教师正确打开A3000现场系统的面板开关；
在DCS操作站上将电磁阀XV-101置于开的状态；
在DCS上，给调节器FIC1001输出一定的开度，使水箱开始加水到一定高度（50％以下）；
2串级控制回路的投运步骤
正确投用串级控制回路，在此过程中考虑DCS是如何实现无扰切换的，学习在DCS上副调节器和主调节器的投用方法与步骤，具体如下：
等到液位达到一定的高度后，在画面上调出FIC1001的调节面板，用鼠标左键点击面板上的按钮，将FIC1001切入自动；
在画面上调出LIC1003的调节面板，用鼠标左键点击面板上的按钮，将LIC1003切入串级；
在LIC1003或者FIC1001调节面板上，用鼠标左键点击按钮，就能将相应的调节器切至手动；
另一种串级的投用方法：在画面上调出FIC1001的调节面板，用鼠标左键点击面板上的按钮，就能将整个串级回路投用。
3 串级控制回路的整定
先整定副回路的PID参数，有两种方法，一种是象简单控制系统那样整定，满足规定的衰减比；另一种是鉴于副回路处于次要地位，不对其参数整定做过多要求，而是参照经验值一次设置好。
主调节器参数按照单回路系统方法进行整定（比如4:1）。
通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和较高的控制精度。记录最佳的整定曲线。
4 副回路对干扰的抑制能力
到实际装置上打开手阀QV－111至全开，以使副回路流量发生改变；
观察控制系统对干扰的抑制能力，如果扰动比较大或参数并不理想，则经过副回路的校正，还将影响主回路的液位，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使液位调回到给定值上。
说明：通过管路流程可以发现，由于装置流程的限制，我们把干扰加在了流量测量检测仪表后面，虽然流量变化最终能反映到副调节器上，但有可能副回路对该内环干扰的抑制效果不理想。
5 主回路对干扰的抑制能力
到实际装置上打开手阀QV－1105一定的开度，以施加液位干扰；
下水箱有扰动水流进入后，扰动使液位发生变化，观察主回路产生的校正作用和克服扰动对液位的影响过程。
五、思考题
1、画出该实验中串级控制系统结构图，指出内环和外环各包含什么，扰动是什么。
答：
内环包含上水箱和调节器。
外环包括下水箱和调节器。
扰动是外加的水。
2、串级控制系统如何实现投运时的无扰切换？数字PID算法如何实现？
答：通过单击与来实现无扰切换。
手动模式下，PID控制器输出可写作如下算式：u（t-）=up（t-）+ui（t-）+ud（t-）；切换到自动之后，u（t+）=up（t+）+ui（t+）+ud（t+）；若实现u（t-）=u(t+)。可以通过更新积分部分状态或微分状态来实现。
在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
3、本实验中选取主副参数各是什么？依据是什么？
答：主参数是上水箱液位，副参数是下水箱液位。
4、比较干扰施加位置不同对控制性能的影响。
答：上水箱加干扰，追踪快，下水箱慢。
5、分析串级控制和单回路控制的区别，优缺点。
答：串级控制相对于单回路控制
1.改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
2.能迅速克服进入副回路的二次扰动。
3.提高了系统的工作频率。对负荷变化的适应性较强
六、实验结果提交
1、给出最佳串级控制参数及主副参数的响应曲线。
2、提交副回路施加干扰时的主副参数的响应曲线。
3.提交主回路施加干扰时的主副参数的响应曲线。
七、实验总结
通过本次实验，熟悉了闭环串级控制的原理，了解了闭环串级控制的特点，掌握了闭环串级控制的设计，初步掌握了串级控制系统的投运步骤以及闭环串级控制器参数调整。串级控制是在单回路控制系统的前提下进行的。
串级控制系统特点如下：副回路具有快速调节作用，它能有效克服二次扰动的影响。能克服副对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作效率。在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大。
串级控制系统的设计原则，单回路控制不能满足性能要求；有反应系统主要干扰的可测副参数；调节阀与副参数之间具有因果关系；副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含在副回路中。
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红色染料 亚硝酸盐和对氨基苯磺酸起重氮化作用，再与 －萘胺起偶合反应，生成紫红色染料，与标准液进行比色。 三、实验装置： （1）、器材 GDYS-101M多参数水质分析仪
（2）、药品 去离子水或蒸馏水、各种相关试剂 （3）、样品 信息楼前池塘水 四、注意事项： （1）树叶、木棒、水草等杂质应从水样中除去。（2）废水粘度高时，可加2-4倍蒸馏水稀释，摇均匀待沉淀物下降后再过滤。五、实验步骤： 样品（ml）试剂（一）试剂（二）显色时间 （min） 氨氮10 0.2 1支10 10 0.2 1支— 蒸馏水（对 照） 亚硝酸盐10 0.2 1支20 蒸馏水（对 10 0.2 1支— 照）
过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900３21 2015年１0月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》 题目：状态空间模型分析 院系：控制科学与工程学院 班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩： 日期： 2017年 4月 15日
线控实验报告 一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题： （1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1
第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题： （1）求该系统的传递函数矩阵： （2）该系统的能观性和能空性： （3）求该系统的对角标准型： （4）求该系统能控标准型： （5）求该系统能观标准型： （6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程： 程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果： （1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。 （3）能观判别矩阵为： ob = 0 1
西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室：机械工程与自动化学院计算机机房 实验时间 ： 年 月 日 一、实验目的 1、掌握组态软件监视窗口各种图形对象的编辑方法； 2、掌握组态软件各种动画连接的方法； 3、掌握组态软件中各种复杂图形对象的组态方法； 4、掌握实时数据库及历史参数的组态方法； 5、掌握自定义主菜单的定义及使用方法； 6、掌握用户组态及用户管理函数的使用的方法。 二、实验内容 1、建立如图1.1所示的反应釜监控窗口； 图1.1 反应釜液位监控主窗口
2、运行时，当按下开始按钮，首先将“入口阀门”打开(变为绿色)向反应釜注入液体；当反应釜内液体高度值大于等于100时则关闭“入口阀门”(变为黑色)，而打开“出口阀门”(变为绿色)，开始排放反应釜内液体，排放过程中，当液位高度值等于0时，则关闭“出口阀门”(变为黑色)，重新打开“入口阀门”，如此周而复始地循环； 3、当按下停止按钮，则同时关闭“入口阀门”和“出口阀门”； 4、点击“实时趋势”按钮，则转入液位实时趋势窗口，如图1.2所示； 5、点击“历史趋势”按钮，则转入液位历史趋势窗口，如图1.3所示； 6、点击“报警处理”按钮，则转入液位报警处理窗口，如图1.4所示； 7、点击“退出系统”按钮，退出应用程序。 8、图1.2、1.3、1.4中的相应按钮同上面的说明，而按下“主窗口”按钮时则转入监控窗口，如图1.1所示； 9、图1.4中的“确认所有报警”按钮用于确认当前发生的所有报警。 图1.2 反应釜液位实时趋势窗口 图1.3 反应釜液位历史趋势窗口
图1.4 反应釜液位报警处理窗口 10、组态用户。 11、自定义主菜单，运行时如图1.5所示。 a)自定义主菜单之文件菜单b) 自定义主菜单之用户管理 图1.5 自定义主菜单 三、实验设备、仪器及材料 计算机、力控PcAuto 3.62或以上版本 四、实验步骤（按照实际操作过程） 1、绘制如图1.1所示监控窗口，并以“监控窗口”为名进行存盘；绘制如图1.2所示监控窗口，并以“实时趋势”为名进行存盘；绘制如图1.3所示监控窗口，并以“历史趋势”为名进行存盘；绘制如图1.4所示监控窗口，并以“报警处理”为名进行存盘。 2、实时数据库组态 在区域0定义模拟量I/O点level，数字量I/O点in_value、out_value、run如图1.6所示。 图1.6 实时数据库组态时定义的I/O点 3、定义I/O设备 选取PLC类别下的“仿真PLC”，定义名为“PLC”的I/O设备。
实验1-白盒测试实验报告
第一章白盒测试 实验1 语句覆盖 【实验目的】 1、掌握测试用例的设计要素和关键组成部 分。 2、掌握语句覆盖标准，应用语句覆盖设计测 试用例。 3、掌握语句覆盖测试的优点和缺点。 【实验原理】 设计足够多的测试用例，使得程序中的每个语句至少执行一次。 【实验内容】 根据下面提供的程序，设计满足语句覆盖的测试用例。 1、程序1源代码如下所示： #include
{ int b; int c; int a; if(a*b*c!=0&&(a+b>c&&b+c>a&&a+c>b)) { if(a==b&&b==c) { cout<<"您输入的是等边三角形！"; } else if((a+b>c&&a==b)||(b+c>a&&b==c)||(a+c> b&&a==c)) { cout<<"您输入的是等腰三角形！"; } else if((a*a+b*b==c*c)||(b*b+c*c==a*a)||(a* a+c*c==b*b)) { cout<<您输入的是直角三角形"; }
else { cout <<”普通三角形”; } } else { cout<<"您输入的不能构成一个三角形！"; } } 输入数据预期输出 A=6,b=7,c=8普通三角形 A=3,b=4,c=5直角三角形 A=4,b=2,c=4等腰三角形 A=1,b=1,c=1等边三角形 A=20,b=10,c=1非三角形 2、程序2源代码如下所示： void DoWork(int x,int y,int z) {
成绩________ 过程控制仪表及装置实验报告 班级：_______________________________________ 姓名：________________________________________ 学号：________________________________________ 指导老师：_____________________________________ 实验日期：_____________________________________
目录 实验一电容式差压变送器的校验 (2) 实验二热电阻温度变送器的校验 (5) 实验三模拟调节器开环校验 (8) 实验四模拟调节器闭环校验 (12) 实验五SLPC可编程调节器的编程设计与操作 (14) 实验六SLPC可编程调节器PID控制参数整定 (19) 1 实验一电容式差压变送器的校验 一、实验目的 1．了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。 2．掌握电容式差压变送器的工作原理。 3．掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。 二、实验项目 1．掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2．了解电容式差压变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。 3．按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度、迁移校验。 三、实验设备与仪器 1．电容式差压变送器1台 2．标准电阻箱1个 3．气动定值器1个 4．标准电流表1台 5．标准压力表1个 6．大、小螺丝刀各1把 7．连接导线、气压导管若干 四、实验原理 实验接线如图2-1所示。
现代控制理论实验报告
实验一系统能控性与能观性分析 一、实验目的 1.理解系统的能控和可观性。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台； 三、实验容 二阶系统能控性和能观性的分析 四、实验原理 系统的能控性是指输入信号u对各状态变量x的控制能力，如果对于系统任意的初始状态，可以找到一个容许的输入量，在有限的时间把系统所有的状态引向状态空间的坐标原点，则称系统是能控的。 对于图21-1所示的电路系统，设iL和uc分别为系统的两个状态变量，如果电桥中 则输入电压ur能控制iL和uc状态变量的变化，此时，状态是能控的。反之，当 时，电桥中的A点和B点的电位始终相等，因而uc不受输入ur的控制，ur只能改变iL的大小，故系统不能控。 系统的能观性是指由系统的输出量确定所有初始状态的能力，如果在有限的时间根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态，则称系统能观。为了说明图21-1所示电路的能观性，分别列出电桥不平衡和平衡时的状态空间表达式： 平衡时：
由式（2）可知，状态变量iL和uc没有耦合关系，外施信号u只能控制iL的变化，不会改变uc的大小，所以uc不能控。基于输出是uc，而uc与iL无关连，即输出uc中不含有iL的信息，因此对uc的检测不能确定iL。反之式（1）中iL与uc有耦合关系，即ur的改变将同时控制iL和uc的大小。由于iL与uc的耦合关系，因而输出uc的检测，能得到iL 的信息，即根据uc的观测能确定iL（ω） 五、实验步骤 1．用2号导线将该单元中的一端接到阶跃信号发生器中输出2上，另一端接到地上。将阶跃信号发生器选择负输出。 2．将短路帽接到2K处，调节RP2，将Uab和Ucd的数据填在下面的表格中。然后将阶跃信号发生器选择正输出使调节RP1，记录Uab和Ucd。此时为非能控系统，Uab和Ucd没有关系（Ucd始终为0）。 3．将短路帽分别接到1K、3K处，重复上面的实验。 六、实验结果 表20－1Uab与Ucd的关系 Uab Ucd
实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉：锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度定值实验时，可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器：采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道：整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 （液位）差压变送器：检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0～1.6KPa，精度：0.5。输出信号：4～20mA DC。 涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4～20mA DC电流信号。 （气体）扩散硅压力变送器：用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号：DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6～3.5Mpa连续可调，精度：0.2，输出信号为4～20mA DC。 3、执行机构 电气转换器：型号为QZD-1000，输入信号为4～20mA DC，输出信号：20～100Ka气压信号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4～20mA DC或0～5V DC，反馈信号为4～20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％～0.3％，环境温度：－4～＋200℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或10K电位器，输出电压变化范围：0～220V AC，用来控制电加热管加热。 水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。
实验三典型非线性环节 一．实验要求 1.了解和掌握典型非线性环节的原理。 2.用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。 二．实验原理及说明 实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路。 三、实验内容 3.1测量继电特性 （1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为系统的-5V~+5V输入信号（Ui）：B1单元中的电位器左边K3开关拨上（-5V），右边K4开关也拨上（+5V）。 （2）模拟电路产生的继电特性： 继电特性模拟电路见图 慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。 波形如下： 函数发生器产生的继电特性 ①函数发生器的波形选择为‘继电’，调节“设定电位器1”，使数码管右显示继电限幅值为3.7V。 慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。实验结果与理想继电特性相符 波形如下：
3.2测量饱和特性 将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为系统的-5V~+5V输入信号（Ui）：B1单元中的电位器左边K3开关拨上（-5V），右边K4开关也拨上（+5V）。 （2）模拟电路产生的饱和特性：饱和特性模拟电路见图3-4-6。 慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。如下所示：
函数发生器产生的饱和特性 ①函数发生器的波形选择为‘饱和’特性；调节“设定电位器1”，使数码管左显示斜率为2；调节“设定电位器2”，使数码管右显示限幅值为3.7V。 慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。波形如下： 。 3.3测量死区特性 模拟电路产生的死区特性 死区特性模拟电路见图3-4-7。 慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。如下所示：
《集散控制系统原理及应用》 实验报告 姓名：胡文千_______ 学号：1345733203_____ 班级：13457332 ___ 专业：电气工程及其自动化 学院：电气与信息工程学院 江苏科技大学（张家港） 二零一六年六月
一、实验目的 1、熟悉DCS系统的方案设计； 2、熟悉使用组态软件对工艺流程图的绘制； 3、熟悉使用组态软件生成多种报表。 二、实验内容 实验（一） 1、自行设计一个小型的工程现场； 2、绘制工艺流程图； 3、在力控中模拟设计的系统，仿真实现基本功能。实验（二） 1、在实验（一）基础上，完成在力控中生成报表； 2、运用DCS知识分析所设计的系统； 3、仿真结果分析总结。
实验（一） 1、方案题目 交通系统实时监控系统。 2、方案背景 现在的交通变得越来越繁忙，交通系统变得越来越重要，对交通系统实时必要的监控能够维持交通安全，若出现交通信号等混乱时能够及时准确的发现。3、组态软件 1）概念 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。 2）组态软件的功能 组态软件通常有以下几方面的功能： （1）强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Windows 环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控件和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作
《过程控制系统》实验报告 学院：电气学院 专业：自动化 班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3
实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。 三、 实验原理 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关
系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函 数如式（2-5）所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间
监控组态软件实验报告（三） 实验名称：水位控制系统演示工程 实验目的： 熟悉MCGS监控组态软件开发环境，掌握工程组态、画面组态、实时数据库配置、脚本语言等组态工具，掌握用组态软件生成控制系统的过程和方法。 实验内容： 用MCGS组态软件构建存储罐液位监控系统，包括用画面组态工具生成工艺流程图、配置实时数据库点及工程变量、使用脚本语言编程、系统调试运行。 实验步骤： 1)工程组态 可以按如下步骤建立样例工程： [1] 鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D：盘根目录下，则会在D：\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCG”(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等) [2] 选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。 [3] 在文件名一栏内输入“水位控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。
2)工艺流程图组态 1.建立用户窗口 [1] 在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。 [2] 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 [3] 将窗口名称改为：水位控制；窗口标题改为：水位控制；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。 [4] 在“用户窗口”中，选中“水位控制”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。
选中“水位控制”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。 2.制作文字框图 [1] 单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。 [2] 选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。 [3] 在光标闪烁位置输入文字“水位控制系统演示工程”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。 [4] 选中文字框，右键点击后在出现的菜单中选择属性，在出现的动画组态属性设置中可以修改填充颜色等，点击可以修改字体等。 制作水箱 [1] 单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图：
《检测技术实验》 实验报告 实验名称：第一次实验（一、三、五） 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：XXXXXX学号： XXXXXXXX 实验室：实验组别： 同组人员：实验时间：年月日评定成绩：审阅教师：
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万 用表、导线等。 三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应 变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，上面的应变片随弹性体形变被拉伸，对应为模块面板上的R1、R3，下面的应变片随弹性体形变被压缩，对应为模块面板上的R2、R4。 图2-1 应变式传感器安装示意图 图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图图2-3 单臂电桥工作原理
通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 E为电桥电源电压，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为 四、实验内容与步骤 1、图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R 2、R 3、 R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入 端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。 3、将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单 臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。 4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电 压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。 五、实验数据处理： 利用matlab拟合出的曲线如下：
成绩________ 过程控制仪表及装置 实验报告 班级：_______________________________________ 姓名：________________________________________ 学号：________________________________________ 指导老师：_____________________________________ 实验日期：_____________________________________
目录 实验一电容式差压变送器的校验 (2) 实验二热电阻温度变送器的校验 (5) 实验三模拟调节器开环校验 (8) 实验四模拟调节器闭环校验 (12) 实验五SLPC可编程调节器的编程设计与操作 (14) 实验六SLPC可编程调节器PID控制参数整定 (19)
实验一电容式差压变送器的校验 一、实验目的 1．了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。 2．掌握电容式差压变送器的工作原理。 3．掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。 二、实验项目 1．掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2．了解电容式差压变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。 3．按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度、迁移校验。 三、实验设备与仪器 1．电容式差压变送器1台 2．标准电阻箱1个 3．气动定值器1个 4．标准电流表1台 5．标准压力表1个 6．大、小螺丝刀各1把 7．连接导线、气压导管若干 四、实验原理 实验接线如图2-1所示。 图2-1 电容式差压变送器校验接线图 五、实验说明及操作步骤
河南工业大学 现代控制理论实验报告姓名：朱建勇 班级：自动1306 学号：201323020601
现代控制理论 实验报告 专业: 自动化 班级: 自动1306 姓名: 朱建勇 学号: 201323020601 成绩评定: 一、实验题目： 线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换 二、实验目的 1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。 2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。学会用MATLAB 实现不同模型之 间的相互转换。 3. 熟悉系统的连接。学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。 4. 掌握状态空间表达式的相似变换。掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准 型、能控标准型和能观测标准型的方法。学会用MATLAB 进行线性变换。 三、实验仪器 个人笔记本电脑 Matlab R2014a 软件 四、实验内容 1. 已知系统的传递函数 (a) ) 3()1(4)(2++=s s s s G
(b) 3486)(22++++=s s s s s G
(c) 6 1161)(232+++++=z z z z z z G （1）建立系统的TF 或ZPK 模型。 （2）将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。再将得到的状态空间表达式用函 数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角 标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标 准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制实验 实验名称：水箱液位控制系统 院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩：审阅教师：
目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)
一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器： 功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器： 型号15WZ-10，单相电容运转马达 最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V， 电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计： 口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V， 标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC
视觉检测技术试验 题目：MV-BDP2000S视觉皮带传送试验台功能认识试验 学院：信息科学与工程学院 专业班级：测控技术与仪器1401 学号：14040110X 学生姓名：李二狗 指导教师：宋辉 设计时间：2017.11.06
目录 一、试验台介绍 (1) 1.1试验台主要构成 (1) 1.1.1机柜部分 (2) 1.1.2传送部分 (2) 1.1.3视觉检测部分 (2) 1.1.4分选机构部分 (2) 1.2主要器件的关键指标 (2) 1.2.1工业数字相机 (2) 1.2.2光源 (3) 二、仪器操作及配置流程 (4) 2.1视觉检测部分的调试 (4) 2.1.1调节相机前后位置的方法 (4) 2.1.2调节相机高度的方法 (5) 2.1.3调节光源高度的方法 (5) 2.2设备性能的调试 (6) 2.2.1运动性能调试的参数 (6) 2.2.1视觉检测性能调试的步骤 (6) 三、仪器主要测量指标分析 (7) 3.1OCR&OCV字符识别指标分析 (7) 3.3.1 OCR检测的参数 (7) 3.2 尺寸测量指标分析 (8) 3.2.1 尺寸测量的参数 (8) 四、仪器采集或测量的试样 (9) 4.1字符识别试验结果 (9) 4.2 尺寸测量试验结果 (10) 4.3 实验总结 (11)
一、试验台介绍 本次试验中以维视数字图像技术有限公司(MICROVISION)推出MV-BDP200S机器视觉皮带传送实验开发平台(高级型)作为主要的实验设备，主要针对小型电子产品的外形和外观检测等，应用于提供高效的产品质量控制系统。本设备采用MV-MVIPS机器视觉图像处理控制器软件，该软件具有强大的缺陷识别功能、测量功能、色差检测、OCR&OCV识别检测，主要针对检测各类小型机械或电子产品的外观和外形，对于OK和NG产品实施分类管理放置。同时硬件上设计了组合式的照明及控制系统，创造了一个最优的光照系统及相对封闭的工作环境，有效的解决了环境对检测精度的影响，同时满足了待检产品对光照条件的要求。运用强大的检测及分析软件工具对被测产品进行定位、测量、分析。 1.1试验台主要构成 从整体外观来看，设备可以分为以下几个部分：机柜部分、传送部分、视觉检测部分、分选机构部分。设备的整体视图如图1所示: 图1整体设备部分视图
实验一 单容自衡水箱特性的测试 一、实验目的 1. a 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数。 二、实验设备 1. A3000高级过程控制实验系统 2. 计算机及相关软件 三、实验原理 由图2.1可知，对象的被控制量为水箱的液位h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，Q 2为流出水箱的流量。手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。根据物料平衡关系，在平衡状态时： 0Q Q 2010=- （1） 动态时则有： dt dV Q Q 21=- （2） 式中V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即： dt dh A dt dV = （3） A 为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得： QV116 V104 V103 h ?h QV105 QV102 P102 LT103 LICA 103 FV101 M Q 1 Q 2 图2.1单容水箱特性测试结构图
图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线 dt dh A =-21Q Q （4） 基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dt dh A R h Q S =-1，即： 或写作： 1 )()(1+=TS K s Q s H （5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。式（5）就是单容水箱的传递函数。 若令S R s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： T S KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=?+= 对上式取拉氏反变换得： )e -(1KR h(t)t/T 0-= （6） 当∞→t 时0KR )h(=∞，因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入 输出稳态值。当t=T 时，则)h(KR )e -(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。式（6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。 当由实验求得图2.2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T 。该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T ，由响应曲线求得K 和T 后，就能求得单容水箱的传递函数。 1KQ h dt dh AR S =+
现代控制理论实验报告 组员： 院系：信息工程学院 专业： 指导老师： 年月日
实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 [实验要求] 应用MATLAB 对系统仿照[例]编程，求系统的A 、B 、C 、阵；然后再仿照[例]进行验证。并写出实验报告。 [实验目的] 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； 2、通过编程、上机调试，掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 [实验内容] 1 设系统的模型如式示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈?? ?+=+=& 其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输入矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵，D 为传递阵，一般情况下为0，只有n 和m 维数相同时，D=1。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式示。 D B A SI C s den s num s G +-== -1)() () (()( 式中，)(s num 表示传递函数阵的分子阵，其维数是p ×m ；)(s den 表示传递函数阵的按s 降幂排列的分母。 2 实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或（A 、B 、C 阵），依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式，采用MATLA 的编程。注意：ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令； ② 在MATLA 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 ③ [] 已知SISO 系统的状态空间表达式为，求系统的传递函数。
, 2010050010000100001 0432143 21u x x x x x x x x ? ? ??? ? ??????-+????????????????????????-=????????????&&&&[]??? ? ? ???????=43210001x x x x y 程序: A=[0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 1;0 0 5 0]; B=[0;1;0;-2]; C=[1 0 0 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1) 程序运行结果: num = 0 den = 0 0 0 从程序运行结果得到:系统的传递函数为: 2 4253 )(s s s S G --= ④ [] 从系统的传递函数式求状态空间表达式。 程序: num =[0 0 1 0 -3]; den =[1 0 -5 0 0]; [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 程序运行结果: A = 0 5 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0