一、过程控制仪表认识实验
一、实验目的
1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。
2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。
二、实验内容
1、水箱
本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。
整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。
打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。
2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻
本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。
热电阻为Pt100，三线制工作。
温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。
系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。
3、液位传感器
本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。
压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。
零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。
满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。
调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。
4、电动调节阀
采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。
5、变频器
采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。
内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。
外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。
内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。
6、水泵
采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。
7、流量计
流量计由流量传感器和转换器组成。
采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。
转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。
它为内置电源。
8、调节器
采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。
输入为1、2端子，输入为1—5V。
输出为7、8端子，输出为4—20mA。
主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。
内部参数的含义及其调整：
HIAL：上限报警
LoAL：下限报警
dHAL：正偏差报警
dLAL：负偏差报警
dF：回差（死区、滞环）
例：在加热控制中，仪表采用反作用调节，在采用位式调节或自整定时，假定给定值是700摄氏度，dF参数设置为0.5摄氏度。当输出为接通状态时，温度大于700.5摄氏度时要关断。当输出为关断状态时，温度低于699.5摄氏度时要接通。
Ctrl：控制方式
当Ctrl=3表示：当整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。以防止误操作重复启动自整定。
M5：保持参数
M5定义为输出值变化5%时，控制对象基本稳定后测量值的差值。5表示输出值变化量为5%。同一系统的该参数一般会随测量值有所变化，应取工作点附近为准。
以电炉的温度控制为例，工作点为700摄氏度，假定输出保持为50%时，电炉温度最后稳定在700摄氏度，而55%输出时，电炉温度最后稳定在750摄氏度左右，则M5的最佳数值为：750-700=50
该参数值主要决定调节算法中积分作用，值越小，系统积分作用越强。
P：速率参数
类似于PID调节中的P，值越大，比例微分作用越强。
t：滞后时间
Ctl：输出周期
值在0.5—125秒之间。它反映仪表运算调节的快慢。当大于或等于5秒时，则微分作用完全消除。
当采用SSR或可控硅作为输出执行器件，控制周期可取0.5—2秒左右。当采用继
电器开关输出时，一般要大于等于4秒。
当仪表输出为线性电流或位置比例输出（直接控制阀门电机正反转）时，值小可使调节器输出响应较快，提高控制精度，但太小可能导致输出电流变化频繁，使得执行器动作频繁。
Sn：输入规格
Sn=20：Cu50
Sn=21：Pt100
Sn=32：0.2—1.0V
Sn=33：1—5V
diP：小数点位置
diL：输入下限显示值
diH：输入上限显示值
Sc：主输入平移修正
该参数用于对输入进行平移修正。
例：假定输入信号保持不变，该值为10.0时，仪表测定温度为500.0摄氏度，则仪表的显示测定温度为510.0摄氏度。
仪表出厂时都进行了内部校正，该参数的数值应该设置为0。
oP1：输出方式
oP1=4：表示4—20mA线性电流输出。
oPL：输出下限
oPH：输出上限
ALP：报警输出定义
CF：系统功能选择
CF=2：仪表有上电/给定值修改免除报警功能。
CF=8：允许外部给定（仅适用于AI—818型）
Addr：通讯地址
bAud：通讯波特率
dL：输入数字滤波
run：运行状态
run=0：手动调节状态。
run=2：手动调节状态，并且禁止手动操作。
Loc：参数修改级别
Loc=808，可设置全部参数及给定值。
EP1—EP8：现场参数定义
9、牛顿模块：（需装驱动软件）
采用台湾威达的采集模块。
7024型：D/A，4通道，4—20mA输出，必须串24V电源才能应用。
7017型：A/D，8通道，5V输入。
7520型：RS232—485通讯模块。
7043型：开关量输出，16通道，最大负载100mA。
10、PLC
在这里和牛顿模块的作用相同。
11、组态王软件
选用北京亚控公司的组态王软件。
能完成数据采集、流程控制、动画显示、报表输出、实时和历史数据的处理。
12、计算机控制时通讯接口的定义
13、连接温度、液位、压力、流量测量单回路控制实际接线图。
二、双容液位控制实验
一、实验目的
通过实验掌握单回路控制系统的构成。学生可自行设计，构成双容液位控制系统，并应用临界比例度法、阶跃反应曲线法和整定单回路控制系统的PID参数，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用调节器仪表进行PID参数的自整定和自动控制的投运。
二、实验设备
水泵、压力变送器、变频器、调节器（708型），主回路调节阀、上水箱、中水箱（上中水箱的容积比例为1：3）、中水箱液位变送器、调节器(708型)。
图1 二阶液位控制实验框图
图2 调节器控制二阶液位控制实验流程图
图3 双容液位控制（调节器接线）
三、实验步骤
1、将下水箱单闭环实验所用的设备，按系统框图接好实验线路。
2、接通总电源，各仪表电源。
3、将上水箱进水电磁阀V3、上水箱排水电磁阀、中水箱排水电磁阀和下水箱手动排水阀打开，其余阀门关闭。
4、设置调节器的参数。
6、使水泵Ⅰ在恒压供水状态下工作，观察计算机下水箱曲线的变化。
7、待系统稳定后，给定值（SP）加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。
8、再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号（参考方法，改变被控水箱进、排水阀门），观察液位变化的曲线。
9、系统再次稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察上下液位变化的曲线。
10、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，结果记录于表3中。
表3 阶跃响应曲线数据处理记录表
四、调节器的参数设置
五、实验报告
根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。
三、调节阀流量特性测试
一、实验目的
通过实验掌握调节阀特性曲线的测量方法，测量时应注意的问题，调节阀流量特性的求取方法。
二、实验设备
水泵Ⅰ、变频器、压力变送器、主回路流量计、主回路调节阀、PLC、牛顿模块（输入、输出）。
图1 调节阀流量特性测试流程
图2 调节阀流量特性测试系统框图
三、实验步骤
1、实验装置的认识，了解调节阀的工作原理，所在的位置及其作用。
2、将调节阀特性测试实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。
3、接通总电源、各仪表电源。
4、运行组态王，在组态王工程管理器界面中启动组态王实验6.0，点击实验选择按钮，选择调节阀特性测试。
5、点击特性测试和特性曲线按钮，开始调节阀特性测试实验。
6、点击u（k）的增/减键，开始测试调节阀的正向流量特性，直至u（k）＝1000，再点击u（k）增/减键，停止调节阀正向特性测试。
7、点击u（k）增/减键，开始测试调节阀的反向流量特性直至u（k）＝0，再点击u（k）增/减键，停止调节阀反向特性测试。
8、记录调节阀特性曲线。
四、实验报告
根据试验结果编写实验报告，并且以电流作为横坐标、流量作为纵坐标，画出特性曲线图。根据画出的特性曲线，判断阀体是快开特性、等百分比特性还是直线特性。
四、水箱液位和流量组成串级实验
一、实验目的
通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、
副被控参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路。
通过实验掌握串级控制系统的特点、串级控制系统的设计，掌握串级控制主、副控制回路的选择。掌握串级控制系统参数整定方法，并将串级控制系统参数投运到实验中。二、实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调节器（708型）、上水箱、上水箱液位变送器、调节器（708型）、主回路流量计、主回路流量变送器、主回路调节阀、调节器（818型）。
三、实验步骤
1、选择控制系统的方案，上水箱液位和主回路流量。
2、选择主被控参数、副被控参数，打开上水箱进水电磁阀V
3、上水箱排水电磁阀、中水箱手动排水阀。
图11 调节器控制串级控制系统的框图
3、主副调节器，在恒压供水条件下工作，将上水箱和流量组成串级实验所用设备，按系统框图接好实验导线。
注意：818调节器作为副调节器使用，在Sn=32参数下，1-2端接1-5V输入，2-3端接0.2-1V
输入(2为共地)。
图1 调节器控制串级控制系统的框图
图2 流量液位串级（调节器接线）
4、实验参数的整定，先自整定副回路流量系统。待系统稳定后再整定主回路液位系统，最后串在一起整定。待系统稳定后，上水箱液位给定值加个阶跃（幅度不要太大），观察流量和液位的曲线的变化，并保存此曲线。
5、稳定后，分别在主副回路加一个干扰信号，然后观察计算机上历史曲线的变化。
四、调节器的参数设置
708调节器液位控制
818调节器流量控制
五、实验报告
1、根据实验结果编写实验报告。
2、列表比较控制质量：
实验1 用曲线拟合法估计模型参数 实验目的： 1) 掌握用曲线拟合法测试对象动态特性； 2) 熟悉MATLAB 仿真平台。 实验原理： 图1.1 输入-输出过程模型 在如图1.1 所示的过程模型中，可以通过实验测试或依据积累的操作数据，用数学方法得出过程的经验模型。 在获取了输入输出数据后，进行曲线拟合，可采用计算机和相关的软件实现。首先根据实验数据和其它验前知识，假定对象的模型结构，然后最小化模型输出)(t y 和实际输出y(t)在采样点上的误差平方和，即 ∑=-=n i i i t y t y J 1 2))()((min 进行搜索时，当J 最小时相应的对象参数即为最优参数。式中，n 为计算数据的个数。优化的算法很多，如共轭梯度法、最速下降法、Powell 法、单纯型法、罚函数法等。 本实验利用MA TLAB 优化工具箱中的“lsqcurvefit”函数对过程阶跃响应曲线进行拟合，用户假定模型的结构，编写相应的fun 函数，即ym=fun (x , t )，其中x 为模型的参数向量，待确定，t 为时间向量。给出待估计参数的初始值x0，调用曲线拟合函数计算模型参数向量的估计值x ，格式为x = lsqcurvefit (fun , x 0, t , y )，其中y 为与时间向量t 对应的输出实验数据。 实验要求： 1) 用SIMULINK 工具箱搭建如图1.2所示的开环对象测试系统，模拟实验测试环节 获取输入输出数据，此处输入采用单位阶跃信号。设置合适的“start time”和“stop time”，使得能够得到一个完整的动态过程。仿真类型设置为“Fixed -step”，并设置合适的计算步长（0.01～0.1）。 输入输出数据保存在dataty.mat 文件中，设置变量名为ty ；run 之后，可在命令窗口中输入load dataty.mat 将数据文件中的数据读入工作空间中，然后用size(ty)查看
过程控制系统 实 验 指 导 书 自动化工程学院自动控制系
实验一实验装置* 学时数：2 实验目的： (1)了解过程控制系统实验装置的总体组成部分。 (2)了解各部分的主要构件及作用。 (3)特别应知道以下内容：各种被控对象的位置、检测元件的位置及 用途、执行器件(动力器件) 的位置及用途、供水管线各阀门与供 水方式间的关系、智能仪表的调节方式及含意。 实验原理: 一概述 “THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC 可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统。 被控对象 实验对象总貌图如图1-1所示： 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW 三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。 检测装置 (1)压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个 水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。采用工业 用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技 术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作 时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。 (2)温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用 来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出 口的水温。Pt100测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送 器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。Pt100传感器精 度高，热补偿性较好。 (3)流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控 制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行 检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，
目录 实验装置简介·························································（3-4·） 实验一控制系统典型环节的模拟·················（5-6） 实验二一阶系统的时域响应及参数测定·····（6-7） 实验三二阶系统的瞬态响应分析·················（8-9） 实验四频率特性的测试·······························（9-13） 实验五PID控制器的动态特性······················（13-15） 实验六典型非线性环节·································（15-18） 实验七控制系统的动态校正（设计性实验）··（19） 备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设等专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
THZK-1型控制理论电子模拟实验箱 自动控制技术广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设，因此一个国家自动控制的水平是衡量该国家的生产技术与科学水平先进与否的一项重要标志。 本模拟实验装置能完成高校《自动控制原理》课程的主要实验内容。它可以模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统，并对控制系统进行仿真研究，使学生通过实验对自动控制理论有更深一步地理解，并提高分析与综合系统的能力。 本模拟实验箱可分为信号源与频率计，电源和典型环节实验三大部分: 一、信号源与频率计 1信号源部分 信号源部分包括阶跃信号发生器，函数信号发生器，扫频电源。 (1) 阶跃信号发生器 当按下按钮时，输出一负的阶跃信号，其幅值约 (–0.9V～ -2.45V)之间可调。 (2) 函数信号发生器 函数信号发生器主要是为本实验装置中所需的超低频信号而专门设计的能输出三种函数信号，每一种函数信号有三个频段可供选择，三种信号分别为正弦波信号，三角波信号和方波信号。 正弦波信号: 正弦波信号电压的有效值在(0～7.5V)可调，频率在(0.25Hz～1.55KHz)可调，其中低频段(0.25Hz～14Hz)，中频段(2.7Hz～155Hz)可调，高频段(26Hz～1.55KHz)可调。 三角波信号: 三角波信号输出电压的有效值在(0～3v)可调，频率调节范围与正弦波信号相一致。 方波信号: 方波信号输出电压的有效值在(0～6.6v)可调，频率调节范围
自动控制原理 实验指导书 内蒙古工业大学电力学院自动化系 2012年10月
目录 实验一典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态响应分析 (1) 实验二频率特性的测试 (8) 实验三控制系统的动态校正 (12) 实验四非线性系统的相平面分析 (14) 实验五状态反馈 (20) TKKL—1型控制理论电子模拟实验箱使用说明书 (23)
实验一 典型环节模拟及二阶系统的时域瞬态 响应分析 一、实验目的 1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握控制理论电子模拟实验箱的使用方法。 2．了解并掌握各典型环节的传递函数及其特性，掌握用运放搭建电子模拟线路实现典型环节的方法。 3．掌握二阶系统单位阶跃响应的特点，理解二阶系统参数变化对输出响应的影响。 二、实验仪器 1．控制理论电子模拟实验箱一台； 2．超低频扫描示波器一台； 3．万用表一只。 三、实验原理 1．典型环节的传递函数及其模拟电路图 （1）比例环节 图1-1 比例环节的方框图 比例环节的方框图如图1-1所示，其传递函数为 ()() C s K R s （1-1）
比例环节的模拟电路图如图1-2所示，其传递函数为 21 ()()R C s R s R = （1-2） 比较式（1-1）和式（1-2），得： 21R K R = 图1-2 比例环节的模拟电路图 当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-1）得输出() (0)c t K t =≥，其输出波形如图1-3所示。 图1-3 比例环节的单位阶跃响应 （2）积分环节 图1-4 积分环节的方框图
积分环节的方框图如图1-4所示，其传递函数为 ()1()C s R s Ts = （1-3） 图1-5 积分环节的模拟电路图 积分环节的模拟电路图如图1-5所示，其传递函数为 ()1()C s R s RCs = （1-4） 比较式（1-3）和式（1-4），得： T RC = 当输入为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，由式（1-3）得输出 1()c t t T = 其输出波形如图1-6所示。 图1-6 积分环节的单位阶跃响应 （3）惯性环节
自动控制综合实训指导书 电气工程系 2011.9
目录 实训设备简介 (1) 实训项目一PLC基本操作 (26) 实训项目二十字路口交通信号灯控制 (31) 实训项目三彩灯控制实训 (34) 实训项目四PLC控制三相异步电动机的起停、正反转、Y- 降压启动. (37) 实训项目五皮带传输线控制 (38) 实训项目六：变频器的安装及调试 (41) 实训项目七变频器外部模拟量给定频率控制电动机转速 (43) 实训项目八PLC控制变频器多段频率调速 (44) 实训项目九变频器调速恒压供水系统 (45)
实验设备简介 自动控制实训装置是根据目前电工技术、电子技术、运动控制技术等教学大纲和实训大纲的要求，广泛吸收同等院校相关实训教学经验，并结合我校实际情况而设计的服务于多专业的最新综合实训产品。 本实训平台可以满足工厂电气控制类基本实训、PLC控制基本实训、交流调速基本实训、直流电动机调速控制基本实训、控制电机（步进电动机）基本功能实训及工业生产控制组态软件基本实训功能组成。可完成单一功能、综合功能实训内容达40多项；功能搭配灵活多变适应创新要求；各自动化元器件配置与现代工业流行配置一致，整个实训平台为模拟工业环境，做到了元器件配置的真实性和开放性。 技术指标 一、实训平台总体技术指标 1．输入电源：三相四线(或三相五线) 380V±10% 50Hz； 2．工作环境：温度-10℃～+40℃，相对湿度85%，海拔＜2000m； 3．整机容量：0.2kVA 4．外形尺寸：2000×900×500mm。 二、各分单元技术指标 1. 电气控制单元技术性能指标 （1）控制电源：AC 220V±10% 50Hz； （2）工作电源：三相四线(或三相五线) 380V±10% 50Hz。 2. PLC控制单元技术性能指标 （1）工作电源：AC 220V±10% 50Hz；
一、过程控制仪表认识实验 一、实验目的 1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。 2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。 二、实验内容 1、水箱 本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。 整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。 打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。 2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。 热电阻为Pt100，三线制工作。 温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。 系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。 3、液位传感器 本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。 压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。 零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。 满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。
调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。 4、电动调节阀 采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。 5、变频器 采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。 内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。 外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。 内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。 6、水泵 采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。 7、流量计 流量计由流量传感器和转换器组成。 采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。 转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。 它为内置电源。 8、调节器 采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。 输入为1、2端子，输入为1—5V。 输出为7、8端子，输出为4—20mA。 主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。
过程控制实验报告 专业班级自动化2011级1班 姓名昨日恰似风中雪
学号110******** 指导老师* 老师 目录 第一章前言 (1) 第二章综合实验 (3) 实验一：PID的各自作用 (3) 实验二：PID的整定 (10) 实验三：比值系统仿真设计 (14)
第三章心得体会 (19)
第一章前言 《过程控制与自动化仪表》课程既是一门理论课程，也是一门实用性较强的课程，因此本门课程主要设计了PID各自作用、PID整定以及比值系统仿真设计三次实验。通过实验主要为了达到理论知识与实践相结合的目的；实验主要利用MATLAB软件，对系统性质进行整定以及选择合适的比例增益、积分时间、微分时间等使系统性能达到最优。 实验一是PID各自作用，其主要研究比例系数、积分时间、微分时间大小对系统品质的影响，了解调节规律对调节质量的影响，进一步掌握P、I、D的调节规律： 1、比例增益的大小决定了比例调节的强弱，比例增益越大（系统处于稳定），系统响应时间加快，稳态误差减小，超调量增加。如果比例增益继续增大，可能导致系统不稳定。 2、积分调节可以提高系统的无差度，即提高系统的稳态控制精度，但积分调节过度过程变化缓慢，使系统稳定性变差。如果积分时间继续增大，可能使调节器进入深度饱和，失去调节作用。 3、微分时间的选择对系统质量的影响具有双面性。当微分时间较小的时候，增加微分时间可以减小偏差，缩短响应时间，减小震荡程度，从而改善系统的质量。但当微分时间较大时，一方面可能将测量的噪声放大，另一方也可能使系统产生震荡。 实验二是PID的整定，其主要是通过临界比例度法和衰减曲线法来选择合适的比例增益、积分时间、微分时间以达到稳定的控制以及使得系统性能最好。通过实验一可以知道，不同的比例增益、积分时间、微分时间对系统的影响是不一样的，因此需要选择合适的参数来使系统响应达到最优。 PID调节具有明显的好处，加入比例调节，可加快反应过程，并减小稳态误差；加入积分作用则可以消除稳态误差，但是容易产生振荡；加入微分作用则可
实验一 典型环节模拟研究 1.1 实验目的 1．熟悉并掌握TD-ACC + 设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。 2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异、分析原因。 3．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 1.2 实验设备 PC 机一台，TD-ACC + 实验系统一套。 1.3 实验原理及内容 下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1) 方框图：如图1-1所示。 图1-1 (2) 传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3) 阶跃响应：)0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4) 模拟电路图：如图1-2所示。 图1-2 注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。以后的 实验中用到的运放也如此。 (5) 理想阶跃响应曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。 2．积分环节 (I) (1) 方框图：如右图1-3所示。 图1-3 (2) 传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3) 阶跃响应： )0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4) 模拟电路图：如图1-4所示。 图1-4 (5) 理想阶跃响应曲线：
① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。 3．比例积分环节 (PI) (1) 方框图：如图1-5所示。 图1-5 (2) 传递函数： TS K S Ui S Uo 1 )()(+ = (3) 阶跃响应： )0(1 )(≥+=t t T K t Uo 其中01/R R K =；C R T 0= (4) 模拟电路图：如图1-6所示。
过程控制系统实验指导书编制于忠得扬增平 大连轻工业学院信息科学与工程学院
前言 本实验指导书是根据“过程控制系统课程教学大纲”的要求，结合浙江天煌科技实业有限公司提供的“THJ－3型高级过程控制实验装置”的资源情况编制的。旨在满足自动化本科“过程控制系统”课程8～10学时实验需要。 通过实验，希望能够使学生在以下几个方面学习和提高实验技能，加深对本门课程理论知识的掌握。 1、变送器特性的认识及零点迁移与满度调整； 2、自动化仪表的初步使用； 3、变频器的基本原理和初步使用； 4、电动调节阀的流量特性和原理； 5、测定被控对象特性的方法； 6、单回路控制系统的投运与参数整定； 7、串级控制系统的投运参数整定； 8、比值控制回路系统的投运参数整定； 9、控制参数对控制系统控制质量指标的影响； 10、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运。
目录 THJ-3型过程控制系统实验装置简介 (3) 实验一过程控制系统操作实验 (12) 实验二单容水箱液位特性测试实验 (13) 实验三液位单回路系统实验 (18) 实验四水箱液位流量串级系统实验 (21) 实验五单闭环流量比值系统实验 (25)
THJ-型过程控制系统实验装置简介 本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三（380V交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 一、被控对象 1、对象组成 由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。 水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。 盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的
过程控制实验教案王晓明 辽宁科技大学电信学院
前言 过程控制是自动化专业教学中一门重要的专业课。要完成这门课程的教学任务，就应进行必要的教学实验，以指导学生理论联系实际，在实验中加深对过程控制理论的理解。 过程控制课程的主要任务是： 1．通过实验进一步了解和掌握过程控制理论的基本概念，控制系统的分析方法和设计方法。 2. 学习和掌握系统控制回路的构成和测试技术。 3. 提高应用计算机的能力和水平，这也是应用本实验系统的特色之一。 为提高学生的实验技能，结合配套的工业控制组态软件不仅能进行验证性、研究型实验，又增加了综合性和设计性实验内容。目的是培养学生用理论知识和实验手段解决科学技术中实际问题的能力。实验过程中学生可自由组合单元，自主编制程序。充分发挥学生的主观能动性和创造性，为学生工程实践能力和科学研究能力的提高奠定了基础。
实验要求 1.实验预习：实验前必须认真预习实验指导书及其相关的理论知识，作好充分准备。对于设计性实验和综合性实验，学生必须在实验前拿出设计方案，以其达到预期的目标，写出预习报告。让指导老师检查合格的方可进行实验。 2.实验进行：学生进入实验室，要保持室内整洁安静。按照预习报告进行实验。实验中需要改接线的，应关掉电源后才能拆、接线。实验时应注意观察，若发现有异常现象，应立即关掉电源，保持现场并报告指导老师处理。 3.实验数据：实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果、数据、波形。所记录的实验结果经指导老师审阅后再拆除实验线路。 4.实验报告：要求学生独立完成实验报告，不许抄袭或请人代劳。报告内容包括实验目的、实验设备、实验内容、实验电路图、实验数据及仿真曲线、实验思考题等。要求文字书写整齐清洁。
过程控制系统 实验指导书 宁波工程学院 电子与信息工程学院 电气工程及其自动化教研室
目录 目录 ................................................................................................................................................. II 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验.. (1) 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 (5) 实验三、单容水箱液位PID整定实验 (9) 实验四、双容水箱液位PID整定实验 (12)
宁波工程学院过程控制系统实验指导书 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验 一、实验目的 （1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二、实验设备 CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： 图1-1、单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2 ，水箱的液面高度为h， 出水阀V 2 固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：
《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书 授课学时：8课时 授课班级：芙蓉自动化0901、0902 授课学期：2012年上学期 授课教师：敖章洪
工业自动化仪表与过程控制实验项目一览表 实验参考书： https://www.doczj.com/doc/8219177790.html,GK-1型操作说明书.实验指导书
实验一实验装置的基本操作与仪表调试实验学时：2学时 实验类型：验证 实验要求：必做 一、实验目的 1）、了解本实验装置的结构与组成。 2）、掌握液位、压力传感器的使用方法。 3）、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。 二、实验设备 1) TKGK-1型过程控制实验装置： 交流变频器GK-07-2 直流调速器GK-06 PID调节器GK-04 2)万用表 三、实验装置的结构框图 图1-1、液位、压力、流量控制系统的结构框图 四、实验内容 1、设备组装与检查： 1）、将GK-07-2、GK-06、GK-04挂件由左至右依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、检查挂件的电源开关是否关闭。 3）、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。 2、系统接线 1）、直流部分：将一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK06的控制电压“输入”；GK06的“电枢电压”和“励磁电压”输出端分别接GK01的直流他励电动机的“电枢电压”和“励磁电压”输入端。 2）、交流部分：将另一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”端接GK-07-2变频器的“2”与“5”接线端；将GK-07-2变频器的输出“A、B、C”接GK-01上三相异步电机的“A、B、C”输入端；将三相异步电机接成三角形，即“A”接“Z”、“B”接“X”、“C”接“Y”；GK-07-2 的“SD”接“STR”使电机正转打水，（若此时电机为反转则“SD”接“STF”）。 3、启动实验装置： 1）、将实验装置电源插头接到~220V市电电源。 2）、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。 3）、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，交流电压表指示220V。 4、仪表调整：（仪表的零位与增益调节） 在GK-02装置结构展示屏的左侧，有五组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT、TT（输出标准信号DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应的输出值。在LT1、PT、LT2数字显示器的右边各有二个电位器，可通过这些电位器调整相应传感器的零位和增益，在每次实验进行之前，必须作好这些准备工作。 调试步骤如下： 1)、将三根?6的橡皮导气管（约0.6m长）的一端分别竖直地插入上、下水箱底部（上水箱两根，下水箱一根），再将它们的另一端接到三个差压传感器（MPX2010DP）的正压室。 2）、打开阀1、阀3，关闭阀7、阀8，（或者打开阀7、阀8，关闭阀1、阀3）关闭阀2、阀4、阀5、阀6，然后开启变频器（或直流调速器），启动一个齿轮泵，给上、下水箱供水，使其液面均上升至10cm高度，关闭变频器（或直流调速器）。 3）、将各增益调节电位器置于中间位置，然后调节零位调节电位器，使LT1 两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。 4）、零位调节 a、打开阀2、阀4，排空上、下水箱中的水，关闭阀2、阀4。 b、调节“零位调节”电位器，使LT1、LT2和PT输出为零伏，显示器显示为 00.00cm。注：稳定几分钟后进入下一步。 5）、开始增益调节： a、启动齿轮泵，使上、下水箱水位上升至于10cm高度，然后再关闭齿轮泵。 b、调节“增益调节”电位器，使LT1、LT2显示器显示10.00cm，Pa显示器显示980Pa。 6）、重复实验步骤4、5，反复调整零位和增益，使上、下水箱水位为零时，LT1、LT2、PT输出都为0V（显示器显示00.00）；上、下水箱水位上升至于10cm高度时，LT1两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。
过程控制及仪表实验指导书 过程控制系统及仪表 实验指导书 潘岩左利 长沙理工大学 电气与信息工程学院 20XX年4月 1 目录 第一章系统概述第二章实验装置介绍 一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍 四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容 实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验 2 第一章系统概述 THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1
型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。 图1-1 THSA-1过程综合自动化控制系统实验平台 该套实验装置紧密结合工业现场控制的实际情况，能够对流量、温度、液位、压力等变量实现系统参数辨识，并能够进行单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制实验，是一套集成了自动化仪表技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术及现场总线技术等的多功能实验设备。 THSA-1型过程综合自动化控制系统能够为在校学生和相关科研人员提供有力帮助。学生通过学习，应对传感器特性及零点漂移有初步认识，同时能掌握自动化仪表、变频器、电动调节阀等仪器的规范操作，并能够整定控制系统中相关参数。 这套实验设备综合性强，所涉及的工业生产过程多，所有部件均来自工业现场，严格遵循相关国家标准，具有广泛的可扩展性和后续开发功能，有利于培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的创新能力. 整套实验装置的电源、控制屏均装有漏电保护装置，装置内各种仪表均有可靠的自保护功能，强电接线插头采用封闭式结构，强弱电连接采用不同结构接头，安全可靠。 3
Tianhuang Teaching Apparatuses 天煌教仪 过程控制实验系列 THFCS-1型 现场总线过程控制系统实验装置 操作说明书 浙江天煌科技实业有限公司
THFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》、《可编程控制器》等课程的教学实验、课程设计等。整个系统结构紧凑、使用方便，能进行验证性、研究性实验。本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究的开发提供实验手段。 现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。 现场总线技术的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迈进，形成新型的网络集成式全分布式控制系统---现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。 现场总线实现了微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信，因为其开放式、数字化、多站点通信、低带宽的特性。所以可以很方便地与因特网（Internet）、企业内部网（Interanet）相连。 随着近年来现场总线控制技术的日益成熟和完善，其在工业现场的应用已经非常普遍，如何把这种能体现现代控制主流的技术应用到教学实验装置，是本套实验装置所要解决的问题。 本套现场总线控制系统，是在原有传统过程控制实验装置基础上，通过PROFIBUS协议进行数据传输和交换的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置，采用工业以太网及PROFIBUS DP与上位机进行通讯和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。 本系统既可以为高校本科自动化相关专业的学生提供一个理解和把握现代主流控制技术的实践平台，又可以为高校研究生和教师提供一个自动化理论研究的平台。
过程控制实验指导书 授课学时：16课时 授课专业：自动化 授课教师：姜倩倩
目录 过程控制实验项目一览表 ............................................................................................ - 1 - 实验一：一阶系统数学模型的建立 ............................................................................ - 2 - 实验二：PID控制器参数自整定............................................................................... - 4 - 实验三水箱液位PID控制........................................................................................ - 8 - 实验四水箱压力的PID调节控制 .......................................................................... - 14 - 实验五串级水位控制系统设计 ............................................................................ - 17 - 实验六前馈-反馈控制系统仿真实验 .................................................................... - 19 - 实验七单片机液位控制系统 .................................................................................. - 22 - 实验八单容液位PLC控制 ...................................................................................... - 25 -
cs4000高级过程控制(kòngzhì)实验 装置 DCS实验(shíyàn)指导书
目录(mùlù) 一、概述(ɡài shù) (3) 二、软件配置及安装(ānzhuāng)说明 (4) 三、CS4000系统(xìtǒng)介绍 (9) 一）、CS4000型系统主要(zhǔyào)特点 (9) 二）、CS4000型实验对象组成结构 (10) 四、系统主题实验 (13) 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验 (13) 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 (15) 实验三、加热水箱温度特性测试实验 (19) 实验四、加热水箱温度二位式控制实验 (24) 实验五、单容水箱液位PID控制实验 (25) 实验六、双容水箱液位PID整定实验 (28) 实验七、加热水箱温度PID控制实验 (34) 实验八、短滞后温度PID控制实验 (33) 实验九、电磁流量PID控制实验 (36) 实验十、双容水箱液位串级控制实验 (39)
一、概述 生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用(yìngyòng)以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化已经进入了计算机控制装置时代。 在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散结构的迅速增长，DCS（分布式集散控制系统）的应用日益普遍。其原因之一是：DCS系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近(fùjìn)，使安装和布线的费用减少到最小，从而使成本费用大大的节省。其原因之二是：DCS具有“开放(kāifàng)”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场(xiànchǎng)设备。 本书所叙述的控制系统采用开放的的DCS系统设备，本装置的目的是使自动化专业的学生能尽快的入门，使研究生和高校教师能容易地利用DCS实现所设计的自动化任务。
工业自动化网络及控制实训指导书 李铁玲编 铜陵学院电气工程系 2009，,9
前言 普通本科院校培养的是具有较强实践能力和创新能力的应用型人才。为了满足自动化类专业学生的需要，于2008年建设了工业自动化网络及控制驱动综合性创新型实训室。 SDDL-ACDE1300B工业自动化网络及控制驱动实训装置主要包括三菱可编程序控制器（PLC）FX2N-32MT主机和FX2N-2AD模拟量输入模块、FX2N-485BD通讯模块；三菱（A740）变频器；人机界面模块(EX370GP和GOT1000)；步进电机和步进电机驱动器；标准三相异步动电机和旋转编码器；工控机（暂用商用机代替）；以及其它附件包括交流接触器、传感器、中间继电器、伺服电机、执行元件、直流电源（24V）等。为了能够实现以太网的通讯功能，配置了以太网模块及网络交换机等设备。 在整个实训装置中，以可编程序控制器（PLC）为核心，利用周围元器件可以完成工业自动化网络及控制驱动技术的多种训练项目，实现工业现场大量应用的开关量（I/O）逻辑控制、运动控制、人机界面交互控制、数据处理和通讯联网等功能。系统设计模式开放，支持学生自行编制、研究开发各种综合性设计项目，具有较强的灵活性和完整性。装置所配置器件全部为当前工业现场实际应用产品，各种设备之间形成了先进的网络化通讯和管理调度。本装置让学生更直观地了解和学习现代工业控制技术，训练内容直接与实际工程应用接轨。为学生提供了一个综合性创新型技术平台，使学生能够将所学过的多门专业知识融会贯通地应用到实践之中，充分发挥自己的创造力和想象力。良好的工程实践环境为学生的就业之路奠定了坚实的基础。
自动化专业职业技能测试 智能仪表实验指导书 实验一、单容水箱液位控制系统实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、了解单容水箱液位控制系统的工艺流程和控制流程。 3、完成系统投运，实现手、自动操作无扰动切换。 二、实验设备 AE2000型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。 三、实验原理 图2-15 图2-15为单回路水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 四、实验内容和步骤 1、设备的连接和检查 1）关闭排水阀门，检查AE2000A型过程控制对象的储水箱水位是否达到总高度的50％以上，如不够，灌水。 2）打开以单相泵为动力的支路至上水箱的所有阀门，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。 3）检查电源开关是否关闭。 2、系统连线如图2-17所示：
河南机电高等专科学校《自动控制原理》实验指导书 专业：电气自动化技术、计算机控制技术 生产过程自动化技术等 吴君晓编 2008年9月
目录 实验一 (2) 实验二 (4) 实验三 (6) 实验四 (8) 实验五 (10) 实验六 (12) 实验七 (14) 实验八 (15) 实验九 (17)
实验一建立MATLAB环境下控制系统数学模型 一. 实验目的 1.熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。 2.掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 3.掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。 二、实验设备和仪器 1．计算机 2. MATLAB软件 三、实验原理 控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss对象）。经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。 1.传递函数模型（也称为多项式模型） 连续系统的传递函数模型为： 在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幂次序构成两个向量： num = [ b0 , b1 ,…, bm ] ，den = [ a0 , a1 ,…, an]。 用函数tf ( )来建立控制系统的传递函数模型，其命令调用格式为：G = tf ( num , den ) 注意：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式系数两个向量可分别用G.num{1}与G.den{1}命令求出。 2.零极点增益模型 零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示形式。式中，K为系统增益，z1，z2，…，z m为系统零点，p1，p2，…，p n为系统极点。在MATLAB 中，用向量z，p，k构成矢量组[ z, p, k ]表示系统。即z = [ z1, z2 ,…,z m ]，p = [ p1, p2,…, p n ]，k = [ k ],用函数命令zpk ( )来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：G = zpk ( z, p, k ) 3.控制系统模型间的相互转换 零极点模型转换为多项式模型: G＝zpk(G) 多项式模型转化为零极点模型: G＝tf(G) 4.系统反馈连接之后的等效传递函数 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( )函数求得。若G(s)为前向通道的传递