实验6 单闭环比值控制系统

2012-2013学年第一学期
“运动控制系统实验”实验项目研究报告
实验题目：比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真
实验性质：综合性
班级：
姓名：
指导教师：王娟
比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真
一、实验目的
1．熟练使用MATLAB下的SIMULINK仿真软件。

2．通过改变比例系数Kp以及积分时间常数τ的值来研究Kp和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。

二、实验内容
1．调节器的工程设计
2．仿真模型建立
3．系统仿真分析
三、实验要求
建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。

四、实验原理
五、实验各环节的参数及Kp和1/τ的参数的确定
5．1各环节的参数：
n=1000r/min,电动机电直流电动机：额定电压Un=220V，额定电流Idn=55A,额定转速
N
动势系数Ce=0.192V • min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s。

电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。

转速反馈系数α=0.01V • min/r。

对应额定转速时的给定电压Un*=10V。

稳态性能指标D=20，s 5% 。

5．2 Kp和1/τ的参数的确定：
六、仿真模型的建立
七、仿真模型的运行
八、仿真结果分析（修改Kp和1/τ的参数，观察Scope曲线变化）
九、心得体会。

标题：探究基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计在当今工业自动化控制系统中，流量控制系统是至关重要的一环。

而基于MCGS（多变量控制系统）的单闭环流量比值控制系统的设计，更是一项挑战而又高效的技术。

本文将从深度和广度探讨该主题，帮助读者更好地理解这一概念。

一、流量控制系统概述1.1 什么是流量控制系统在工业生产中，流体的流动是一个普遍存在的过程，而流量控制系统则是用来准确控制流体的流动速度、流量和压力的系统。

它可以应用在化工、石油、制药等领域，对生产过程起着至关重要的作用。

1.2 流量控制系统的主要组成部分基于MCGS的单闭环流量比值控制系统由哪些主要组成部分组成？（这里可以详细介绍各个部分的功能和作用）二、基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计2.1 MC基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计，首当其冲的就是MC （多变量控制系统）。

MC是一种先进的控制系统，它采用多个输入、多个输出（MIMO）的控制方法，相比传统的单变量控制系统（SISO），MC能够更准确地控制流量的比值。

2.2 单闭环流量比值控制系统（这里可以详细描述单闭环流量比值控制系统的特点和设计原理，以及与MC的结合）三、个人观点和理解在我看来，基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计不仅是技术创新的体现，更是工业自动化控制系统发展的必然趋势。

它将有效提高生产过程的稳定性和效率，为工业生产带来巨大的益处。

总结和回顾通过本文的探讨，我们对基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计有了更深入的了解。

从流量控制系统的概述，到MC和单闭环流量比值控制系统的设计，再到个人观点和理解，我们获得了全面、深刻和灵活的知识体系。

基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计是一项充满挑战和机遇的工作，它必将推动工业自动化控制系统向更高水平迈进。

希望本文能够帮助读者更好地理解和应用这一技术，为工业生产带来更大的效益。

在文章中，我尽力多次提及了指定的主题文字“基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计”，并按照知识的文章格式进行撰写，保证了文章内容的丰富和深度。

实验⼆⼗实验⼆⼗⽐值控制系统实验第⼀节单闭环流量⽐值控制系统⼀、实验⽬的1、了解单闭环⽐值控制系统的原理与结构组成。

2、掌握⽐值系数的计算。

3、掌握⽐值控制系统的参数整定与投运。

⼆、实验设备1、THJ-2型⾼级过程控制实验装置2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串⼝线1根3、万⽤表 1只三、系统结构框图图6-1单闭环流量⽐值控制系统结构图四、实验原理在⼯业⽣产过程中,往往需要⼏种物料以⼀定的⽐例混合参加化学反应。

如果⽐例失调，则会导致产品质量的降低、原料的浪费，严重时还发⽣事故。

例如在造纸⼯业⽣产过程中，为了保证纸浆的浓度，必须⾃动地控制纸浆量和⽔量按⼀定的⽐例混合。

这种⽤来实现两个或两个以上参数之间保持⼀定⽐值关系的过程控制系统，均称为⽐值控制系统。

本实验是流量⽐值控制系统。

其实验系统结构图如图6-1所⽰。

该系统中有两条⽀路，⼀路是来⾃于电动阀⽀路的流量Q1，它是⼀个主动量；另⼀路是来⾃于变频器—磁⼒泵⽀路的流量Q2，它是系统的从动量。

要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化⽽变化，⽽且两者间保持⼀个定值的⽐例关系，即Q2/Q1=K。

图6-2 单闭环流量⽐值控制系统⽅框图图6-2为单闭环流量⽐值控制系统的⽅框图。

由图可知，主控流量Q1经流量变送器后为I1（实际中已转化为电压值,若⽤电压值除以250Ω则为电流值,其它算法⼀样），如设⽐值器的⽐值为K，则流量单闭环系统的给定量为KI1。

如果系统采⽤PI调节器，则在稳态时，从动流量Q2经变送器的输出为I2，不难看出，KI1=I2。

五、⽐值系数的计算设流量变送器的输出电流与输⼊流量间成线性关系，当流量Q由0→Qmax变化时，相应变送器的输出电流为4→20mA。

由此可知，任⼀瞬时主动流量Q1和从动流量Q2所对应变送器的输出电流分别为I1= (1)I2= (2)式中Q1max和Q2max分别为Q1和Q2 最⼤流量值。

设⼯艺要求Q2/Q1=K，则式（1）可改写为Q1= Q1max (3)同理式（2）也可改写为Q2= Q2max (4)于是求得= (5)折算成仪表的⽐值系数K′为:K′ = K (6)六、实验内容与步骤1、按图6-1所⽰的实验结构图组成⼀个为图6-2所要求的单闭环流量⽐值控制系统。

摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进展，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。

例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否如此将使燃烧反响不能正常进展，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。

在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前与时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进展,因为比值控制具有前馈控制的实质。

关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景12比值控制系统概述4比值控制系统定义5比值控制原理5比值控制系统特点5比值控制系统的类型6开环比值控制系统6单闭环比值控制系统73单闭环流量比值控制系统方案设计9系统方案设计9系统硬件设计104上位机组态与程序设计124.1组态软件WinCC104.1.1WinCC简介104.1.2WinCC的开展与应用104.2上位机组态设计114.3PLC程序设计125PID参数整定与系统调试19控制器19控制器的优点20控制规律的选择20控制器参数的调节与其对控制性能的影响21比例控制对控制性能的影响19积分控制对控制性能的影响20微分控制对控制性能的影响22控制系统的整定23控制系统整定的根本要求23调节器参数的整定方法23 调节器参数的整定与调试27总结29参考文献301设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上根底组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。

压力单闭环控制实验报告一、引言压力控制是压力传感器在工程实际中的一种应用，其主要目的是通过控制阀门的开度来实现对流体的压力的稳定控制。

现代工业自动化系统中常常需要对液体或气体进行压力监测和控制，以确保系统的稳定运行。

单闭环压力控制系统是一种常见的控制方式，主要包括压力传感器、执行机构和控制算法等组成部分。

本实验旨在通过搭建压力单闭环控制系统，验证闭环控制的稳定性和控制精度。

二、实验原理1.压力传感器压力传感器是对压力信号进行检测和转换的传感器，其通常采用电气或机械原理将压力信号转换为电信号。

本实验中使用的压力传感器将流体的压力转换为电压信号输出，供后续控制系统使用。

2.执行机构执行机构是指根据控制信号来调节或控制流体的流量或压力的装置。

本实验中的执行机构是一个控制阀门，通过控制阀门的开度来调节流动介质的压力。

3.比例积分控制算法比例积分（PI）控制算法是一种常见的闭环控制算法，其通过将反馈信号与误差信号相乘，得到输出控制信号，并通过积分的方式使系统对偏差更加敏感。

本实验中将使用PI控制算法来对压力进行闭环控制。

三、实验步骤1.搭建实验装置：将压力传感器与执行机构连接，并将其与控制系统连接，确保信号传输正常。

2.校准压力传感器：使用已知压力标准，对压力传感器进行校准，得到传感器输出电压与实际压力之间的对应关系。

3.设计闭环控制系统：根据实际需求和系统性能要求，确定PI控制算法的参数，并设计闭环控制系统的结构。

4.实施实验：按照实验设定的压力要求，观察闭环控制系统的稳定性和控制精度。

四、实验结果经过多次实验和数据分析，得到了以下实验结果：1.控制系统稳定性：闭环控制系统能够实现对压力的稳定控制，根据实验要求设定的压力在一定误差范围内能够维持稳定。

2.控制精度：闭环控制系统能够实现对压力的精确控制，在实验设定的压力范围内，控制误差小于预设的精度要求。

五、实验总结通过本次实验，我们成功搭建了压力单闭环控制系统，并验证了闭环控制的稳定性和控制精度。

第二节单闭环流量定值控制系统一．实验目的：1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。

2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。

3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。

二．实验原理：离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。

图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。

离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。

控制参数如下：1．控变量y：离心泵出口流量Q。

2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。

使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。

电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。

5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。

在本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。

6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。

ym---离心泵出口流量值Q 。

ys---离心泵出口流量设定值。

7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。

离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。

比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为：01()()()()tP D I de t u t K e t e t dt T T dt ⎡⎤∆=++⎢⎥⎣⎦⎰ 三．实验方法：1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=58．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。

单闭环流量比值控制系统matlab在控制系统工程中，单闭环流量比值控制系统是一种常见的控制系统结构，它可以实现对给定流量比值的精准控制。

在本文中，我们将探讨这一主题，并结合Matlab的实际应用来深入理解。

1. 单闭环流量比值控制系统概述单闭环流量比值控制系统是指在控制过程中，通过检测两个流量变量的比值，从而实现对流量比值的控制。

这种控制系统结构通常包括传感器、控制器和执行器等组成部分，它能够在一定程度上解决流量控制中的非线性和耦合问题。

2. 控制系统参数评估在设计单闭环流量比值控制系统时，需要对系统参数进行评估。

我们需要确定传感器的精度和灵敏度，以确保能够准确地检测流量比值。

控制器的参数也需要进行调整，包括比例、积分和微分参数的设定，以实现对流量比值的精准控制。

在Matlab中，可以通过仿真和参数优化的方法来进行参数评估，从而实现系统控制的优化。

3. Matlab在单闭环流量比值控制系统中的应用Matlab作为一种功能强大的工具，可以用于建立单闭环流量比值控制系统的数学模型，并进行仿真分析。

通过Matlab/Simulink工具箱，可以方便地搭建系统模型，并对控制器参数和系统结构进行优化。

Matlab还提供了丰富的数据可视化和分析工具，可以帮助工程师更直观地理解控制系统的性能，并进行系统设计与优化。

4. 个人观点和理解在实际工程应用中，单闭环流量比值控制系统具有广泛的应用价值，尤其是在化工、环保和生物工程等领域。

通过Matlab对控制系统进行建模和仿真分析，可以帮助工程师更加深入地理解系统动态特性和稳定性，从而实现系统设计的优化。

在实际工程中，需要综合考虑系统的稳定性、鲁棒性和实时性等因素，进一步优化单闭环流量比值控制系统的性能和可靠性。

总结回顾通过本文对单闭环流量比值控制系统的深入探讨，我们更深入地理解了控制系统工程中的关键概念和方法。

Matlab作为一种功能强大的工具，为工程师提供了便利的系统设计与优化评台，可以帮助实现对单闭环流量比值控制系统的高效建模和仿真分析。