单回路控制系统的参数整定

实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。

2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。

3）掌握压力PID控制器参数整定方法。

2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。

压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。

绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。

表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。

大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。

压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。

负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。

负压的绝对值称为真空。

真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。

压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。

工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。

工程上常用kg/cm2表示。

1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。

③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。

④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。

1 atm=760 mmHg。

许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。

压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。

生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。

2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。

Honeywell-DCS-控制回路PID参数整定方法Honeywell PKS系统控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。

修改PID参数必须有“SUPV（班长）”及以上权限权限，具体权限设置切换方法如下；一、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面（Loop Tune），修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。

四、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。

五、PID参数整定的方法一般在工程应用中采用经验凑试法。

经验凑试法在实践中最为实用。

在整定参数时，必须认真观察系统响应情况，根据系统的响应情况决定调整那些参数。

观察系统响应效果，可以通过查看控制回路细目画面中的实时趋势曲线，衰减曲线最好是4：1，即前一个峰值与后一个峰值的比值为4：1。

经验值：在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改，这里的P代表比例度，P＝1/K。

总之，在整定时不能让系统出现发散振荡，如出现发散振荡，应立即切为手动，等系统稳定后减小放大倍数、增大积分时间或减小微分时间，重新切换到自动控制。

放大倍数越小，过渡过程越平稳，但余差越大。

放大倍数越大，过渡过程容易发生振荡。

积分时间越小，消除余差就越快，但系统振荡会较大，积分时间越大，系统消除余差的速度较慢。

微分时间太大，系统振荡次数增加，调节时间增加，微分太小，系统调节缓慢。

控制器参数凑试法的步骤：因为比例作用是基本的控制作用，因此，首先把比例度凑试好，待过渡过程已基本稳定，然后加积分作用消除余差，最后加入微分作用进一步提高控制质量，基本步骤如下：（A）对P控制器，将放大倍数放在较小的位置，逐渐增大K，观察被控量的过渡过程曲线，直到曲线满意为止；（B）对PI控制器，先置T1=0，按纯比例作用整定放大倍数使之达到4：1衰减曲线；然后将K缩小（10～20％），将积分时间T1由大到小逐步加入，直到获得4：1衰减过程；（C）对PID控制器，将T2＝0；先按PI作用凑试程序整定K，T1参数，然后将放大倍数增大到比原值大（10～20％）位置，T1也适当减小之后，再把T2由小到大逐步加入，观察过渡曲线，直到获得满意的过渡过程。

T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、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）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：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。

型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，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。

实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，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。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上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。

因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

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。

单回路控制系统整定实验报告本文是对单回路控制系统整定实验的总结和分析，主要包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果以及实验分析等方面的内容。

一、实验目的本实验的主要目的是掌握单回路控制系统整定方法，了解控制系统的稳态误差和动态响应特性，提高实际应用控制系统的能力。

二、实验原理单回路控制系统是一种基本的控制系统形式，它由被控对象、传感器、执行机构、控制器和控制信号等组成。

例如，温度控制系统、速度控制系统、压力控制系统等都是单回路控制系统的应用。

在通过控制器使被控对象产生控制输出信号的过程中，存在稳态误差和动态响应特性问题，对其进行整定是控制系统设计中重要的环节。

稳态误差是指控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差。

当被控对象达到稳定状态时，控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差称为稳态误差，在实际控制系统设计中，应尽可能使稳态误差达到最小。

动态响应特性是指控制系统对负载扰动、控制信号变化等外部干扰的响应能力。

在实际应用控制系统中，需要考虑控制系统的动态响应特性，以此保证系统稳定性和控制效果。

控制系统的整定就是调整控制器参数，使系统的稳态误差和动态响应特性达到最优状态，从而获得最佳控制效果。

三、实验过程本实验是基于MATLAB/Simulink软件进行的模拟实验。

实验系统模型：本实验模拟一个简单的单回路负反馈控制系统，其模型如图所示。

其中，控制器采用比例积分控制器（PI控制器），其控制方程为：$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(τ) \, dτ$$传感器和被控对象之间的关系用传递函数表示为：$$G(s) = \frac{1}{s(1+0.5s)}$$控制器的参数Kp和Ki需进行整定。

实验过程中，先通过手动调节的方式获得基本的参数范围，再通过曲线法和频率法对其进行精细调整。

曲线法：首先设置一个阶跃参考信号，观察系统的单位阶跃响应曲线，根据曲线特征调整控制器参数。

第四节单回路控制系统在热工生产过程控制中，最基本的且应用最多的单回路控制系统，其他各种复杂控制系统都是在单回路系统的基础上发展起来的，而且许多复杂控制系统的整定都利用了单回路控制系统的整定方法，可以说单回路控制系统是过程控制系统的基础。

一、单回路控制系统的组成及初步设计单回路控制系统的组成原理方框图如图3-44所示，它是仅有一个测量变送器，一个调节器和一个执行器（包括调节阀），连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。

图1-26 单回路控制系统组成原理方框图1、被调量的选择在图1-26中，被调量是表征生产过程是否符合工艺要求的物理量，在热工生产过程中主要是温度、压力、流量、化学成分等。

一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被调量，如火力发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统的任务就是维持锅炉过热器出口蒸汽温度，所以汽温控制系统的被调量就是过热器出口汽温。

但是生产过程中，有些工艺参数目前还没有获得直接的快速测量手段，如火电厂进入磨煤机的原煤干燥程度的测量。

这种情况下往往采用间接测量手段，如采用磨煤机入口介质的温度来代表原煤的干燥程度。

以间接参数作为系统的被调量，要求被调量与实际所需维持的工艺参数之间为单值函数关系，否则要采取相应的补偿措施。

对于那些虽有直接测量手段，但所测得的信号过于微弱或迟延较大的情况，不如选用间接参数作为系统的被调量。

为提高测量的灵敏度，减小迟延，应采用先进的测量方法，选择合理的取样点，正确合理地安装检测元件。

2、控制量的选择选择什么样的控制量去克服扰动对被调量的影响呢？原则上是选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，一般不应选择工艺上的主要物料或不可控制的变量作为控制量。

例如：火力发电厂锅炉负荷控制系统，其被调量是主蒸汽压力，而影响主蒸汽压力的主要因素是汽轮机进汽量和锅炉燃料量，前者是电力生产要求所确定的，因而不能作为控制量，而只能选择燃料量作为控制量。

给定值 调节器 对象被调量 － μ 扰动 扰动 图1-28 单回路调节系统 3、控制通道和扰动通道单回路控制系统的组成如图1-27所示，图中W 01(s )为对象的传递函数，它是包括了检测元件、测量变送器、执行机构和调节阀在内的广义对象特性；W c (s )为调节器的传递函数，D 为扰动信号，W 02(s )为被调量与扰动信号间的传递函数。

中央空调系统控制实验报告第一部分中央空调的逻辑控制与被控对象的实验建模一、实验目的1、解中央空调控制系统的结构和组成。

2、熟悉空调机组和制冷（热）机组的启停顺序。

3、掌握响应曲线法建立数学模型。

4、计算单回路控制系统的最佳参数的计算方法。

二、实验内容⑴、风门初始化：新风风门、排风风门全关（即打到零角度）；回风风门全开（即打到零角度）房间风门全开（最大角度）。

简而言之，全部风门打到零角度。

这是实际中央空调风门的缺省位置。

（注意：用手操作，非上位机）⑵、将压缩机设定温度6.5度(制冷)，或设定为40℃（制热）。

以保持压缩机尽量少停机，给空调机组一个恒定的冷冻（热）水温度。

（不要启动）⑶、机组通电，运行PLC（即把拨片开关从中间拨到上边的动作，拨片位置见附图）。

⑷、打开PC机上的组态王应用程序。

（选择智能大厦中央空调控制系统工程，按按扭栏上的“运行”按扭。

1．熟悉中央空调的逻辑控制顺序（1）开启顺序为：●进入手动控制系统界面，设定冷热水调节阀为一定开关量，即开冷冻水阀门。

●进入制冷机组界面，启动冷冻水水泵。

●启动压缩机。

●返回手动控制系统界面，启动风机。

等待风机启动完毕。

●打开新风风门和排风风门为一定角度，回风风门为一定角度，即打开风门。

启动完毕。

熟悉一下过滤网堵塞报警和风机报警，即拔掉压差传感器，观察。

当过滤网两旁存在压差时，报警；当风机启动后没有压差时，报警。

（2）停止顺序：●停压缩机。

●停冷冻水水泵。

●停风机。

●关各个风门为缺省位置。

即关风门。

●关电动调节阀，即关冷冻水水阀。

停机完毕。

2．中央空调系统的实验建模⑴新风处理机组建模准备工作同上。

实验步骤：●进入手动控制界面，设定新风风门和排风风门为全开，回风风门全闭。

（用上位机操作）●进入制冷机组控制界面，启动“与调节阀互补”控制方式，冷冻水泵将启动。

●启动压缩机，等待压缩机第一次自动停机。

●然后，记录送风温度开始温度，给冷热水调节阀一个设定值（小于20%），如10%；启动风机。