计算机过程控制实验报告

实验报告课程名称：过程控制系统实验项目名称：被控对象特性测试实验日期与时间： 2022.07 指导教师：班级：姓名：学号：成绩：一、实验目的要求1．了解控制对象特性的基本形式。

2．掌握实验测试对象特性的方法，并求取对象特性参数二、实验内容本节实验内容主要完成测试对象特性，包含以下两部分内容：1．被控对象特性的实验测定本实验采用飞升曲线法（阶跃向应曲线法）测取对象的动特性。

飞升曲线是指输入为阶跃信号时的输出量变化的曲线。

实验时，系统处于开环状态，被控对象在某一状态下稳定一段时间后，输入一阶跃信号，使被控对象达到另一个稳定状态，得到被控对象的飞升曲线。

在实验时应注意以下的一些问题：1）测试前系统应处于正常工作状态，也就是说系统应该是平衡的。

采取一切措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。

2）在测试工作中要特别注意工作点与阶跃幅度的选取。

作为测试对象特性的工作点，应该选择正常工作状态，也就是在额定负荷及正常的其他干扰下，因为整个控制过程将在此工作点附近进行。

阶跃作用的取值范围为其额定值的 5－10%。

如果取值太小，由于测量误差及其它干扰的影响，会使实验结果不够准确。

如果取值过大，则非线性影响将扭曲实验结果。

不能获得应有的反应曲线，同时还将使生产长期处于不正常的工作状态，特别是有进入危险区域的可能性，这是生产所不能允许的。

3）实验时，必须特别注意的是，应准确地记录加入阶跃作用的计时起点，注意被调量离开起始点时的情况，以便计算对象滞后的大小，这对以后整定控制器参数具有重要的意义。

4）每次实验应在相同的条件下进行两次以上，如果能够重合才算合格。

为了校验线性，宜作正负两种阶跃进行比较。

也可作不同阶跃量的实验。

2．飞升曲线数据处理在飞升曲线测得以后，可以用多种方法来计算出所测对象的微分方程式，数据处理方法有面积法、图解法、近似法等。

面积法较复杂，计算工作量较大。

近似法误差较大，图解法较方便，误差比近似法小。

实验一 基于Matlab/Simulink 的控制系统仿真研究一、实验目的1）学习使用Matlab 命令软件对控制系统进行时域特性仿真研究的基本方法。

2）学习使用Simulink 工具箱对控制系统进行时域特性仿真研究的基本方法。

3）加深对各典型环节的理解。

4）研究二阶系统的特征参数，阻尼比ξ和自然频率n ω对系统动态性能的影响。

二、实验原理1. 基于Matlab 的时域特性分析 已知系统的闭环传递函数26543222050()1584223309240100s s G s s s s s s s ++=++++++ 试求系统的单位脉冲、单位阶跃、单位速度、单位加速度响应。

% 输入系统传递函数模型 num=[2 20 50];den=[1 15 84 223 309 240 100];t=0:0.1:20; % 生成时间向量 % 求系统的单位脉冲响应subplot(2, 2, 1); % 设定子图形显示位置 impulse(num, den, t); % 求单位脉冲响应 ylabel('y(t)'); % 显示纵轴名称 title('单位脉冲响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位阶跃响应subplot(2, 2, 2); % 设定子图形显示位置 step(num, den, t); % 求单位阶跃响应 ylabel('y(t)'); % 显示纵轴名称 title('单位阶跃响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位速度响应subplot(2, 2, 3); % 设定子图形显示位置u1=t; % 单位速度输入信号 plot(t, u1); % 绘制单位速度输入信号hold on; % 图形保持，在同图中绘制响应曲线 lsim(num, den, u1, t); % 求单位速度响应 ylabel('x(t), y(t)'); % 显示纵轴名称text(10, 12, 't'); % 显示单位速度函数表达式 title('单位速度响应'); % 显示图形名称 % 求系统的单位加速度响应subplot(2, 2, 4); % 设定子图形显示位置u2=t.*t/2; % 单位加速度输入信号 plot(t, u2); % 绘制单位加速度输入信号hold on; % 图形保持，在同图中绘制响应曲线 lsim(num, den, u2, t); % 求单位加速度响应 ylabel('x(t), y(t)'); % 显示纵轴名称text(11, 100, '1/2*t^2'); % 显示单位加速度函数表达式 title('单位加速度响应'); % 显示图形名称2. 基于Simulink 的时域特性分析按图建立系统的Simulink 模型，对不同的输入信号进行仿真，改变传递函数12325()()s (4)G s G s s s ==+，，观察仿真结果。

一、实训目的通过本次过程控制实验实训，使我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有一个全面的认识，提高我运用理论知识解决实际问题的能力。

同时，通过实验操作，掌握实验设备的使用方法，培养我的动手能力和团队协作精神。

二、实训内容1. 实验设备本次实验使用的设备包括：过程控制系统实验台、传感器、执行器、控制器、计算机等。

2. 实验内容（1）过程控制系统基本原理及组成（2）传感器特性及测量方法（3）执行器特性及控制方法（4）控制器特性及控制策略（5）过程控制系统设计及应用三、实验步骤1. 观察实验设备，了解其组成及功能。

2. 搭建实验系统，连接传感器、执行器、控制器等。

3. 根据实验要求，设置控制器参数，实现过程控制。

4. 观察实验现象，分析实验结果，调整控制器参数，优化控制效果。

5. 实验结束后，整理实验数据，撰写实验报告。

四、实验结果与分析1. 实验现象通过搭建实验系统，观察实验现象，发现当控制器参数设置合理时，系统能够实现稳定的控制效果。

2. 实验结果（1）传感器输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系。

（2）执行器响应速度快，控制精度高。

（3）控制器参数对系统控制效果有显著影响。

3. 实验分析（1）传感器在过程控制系统中起到采集被测参数的作用，其输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系，为后续控制策略的制定提供了基础。

（2）执行器作为控制系统的输出环节，其响应速度快、控制精度高，对系统控制效果有重要影响。

（3）控制器参数的设置对系统控制效果有显著影响，合理设置控制器参数可以提高控制效果。

五、实训体会1. 通过本次实训，我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有了更深入的了解。

2. 实验过程中，我掌握了实验设备的使用方法，提高了自己的动手能力。

3. 实验过程中，我学会了与团队成员沟通协作，提高了自己的团队协作精神。

4. 实验过程中，我认识到理论知识与实际应用之间的联系，为今后学习和工作打下了基础。

前言本指导书是配合自动化专业本科生专业课《计算机控制技术》的课堂教学而编写的实验教材，通过实验的验证能够使学生了解和掌握计算机控制的硬件技术和软件编程方法。

本书共设计了七大类实验，第一类中包含过程通道和数据采集处理方面的几个内容；第二类为数字PWM 发生器和直流电机调速控制的开环实验；第三类包含几种数字PID闭环控制实验；第四类中有两种数字调节器直接设计方法的实验；第五类是一个温度控制系统；第六类是随动系统实验；第七类是过程控制系统的研究；实验五至实验七的内容是带有被控对象的控制系统。

七个实验的全部学时大于计划学时，教师和学生对所做的实验内容可以选择以满足实验计划学时为准。

通过实验学生巩固了课堂教学的内容，也为今后实际工作打下了一定技术基础。

本指导书由王尚君、毛一心老师共同编写，穆志纯教授进行了严格的审阅工作。

由于计算机性能的快速提高，计算机控制的技术手段也在不断出新，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

编者2007年10月目录前言 (1)目录 (2)实验一过程通道和数据采集处理 (4)一、输入与输出通道 (4)1. AD 转换实验` (5)2. DA 转换实验` (7)二、信号的采样与保持` (9)1. 零阶保持实验` (9)2. 直线插值实验*` (11)3. 二次曲线插值实验*` (11)三、数字滤波 (15)1. 一阶惯性实验 (16)2. 四点加权实验* (16)实验二开环系统的数字程序控制 (19)数字PWM 发生器和直流电机调速控制 (19)一、实验目的 (19)二、实验内容` (19)三、实验所用仪表及设备 (19)四、实验原理及步骤 (20)五、思考题 (21)六、实验报告内容及要求 (21)实验三数字PID闭环控制 (22)数字PID控制算法 (22)积分分离法PID控制 (23)带死区的PID控制* (27)简易工程法整定PID 参数 (30)扩充临界比例度法 (30)扩充响应曲线法 (32)实验四数字调节器直接设计方法 (36)最小拍控制系统 (36)一、实验目的 (36)二、实验所用仪表及设备` (36)三、实验原理及内容 (36)有纹波最小拍控制系统 (37)无纹波最小拍控制系统 (38)四、实验步骤 (40)五、思考题 (41)六、实验报告内容及要求 (41)实验一过程通道和数据采集处理为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产过程进行控制的量。

过程控制实验报告1. 实验目的本次实验的目的是学习和掌握过程控制的基本原理和操作方法，了解过程控制系统的组成和结构，掌握过程控制系统的基本调试方法和过程控制的自动化程度。

2. 实验原理过程控制是指对一组物理过程进行控制的技术和方法。

过程控制的目的是使被控制的物理过程在一定的条件下，达到预期的目标，如稳定、精度、速度、延迟、可靠性、安全性、经济性等等。

过程控制系统由传感器、执行元件、控制器和执行器构成，其中传感器用于检测被控制物理过程的状态，控制器根据传感器获取的信息进行决策，并通过执行元件控制执行器实现对被控制物理过程的控制。

3. 实验步骤本次实验的过程控制系统由一台工业控制计算机、一台工业控制器和一组执行器构成。

实验的具体步骤如下：(1) 将传感器与控制器连接，并将控制器与计算机连接。

(2) 在计算机上启动控制软件，在软件中设置控制器和传感器的参数。

(3) 将执行器与控制器连接，并调试执行器的控制参数。

(4) 在控制软件中设置控制策略和控制目标，并启动控制器。

(5) 监测被控制物理过程的状态，并记录相关数据。

(6) 对控制策略和控制参数进行调整，直到被控制物理过程达到预期目标。

4. 实验结果经过多次实验，我们成功地控制了被控制的物理过程，并达到了预期目标。

实验结果表明，过程控制技术可以有效地控制物理过程，并提高物理过程的稳定性、精确性和可靠性。

5. 实验总结本次实验使我们深入了解了过程控制的原理和操作方法，掌握了过程控制系统的基本调试方法和过程控制的自动化程度。

通过实验，我们发现过程控制技术在许多工业领域都具有广泛的应用前景，是提高生产效率和质量的重要手段。

在今后的学习和工作中，我们将继续深入学习和研究过程控制技术，为推动工业自动化和智能化发展做出贡献。

《过程控制系统》实验报告实验报告：过程控制系统一、引言过程控制系统是指对工业过程中的物理、化学、机械等变量进行监控和调节的系统。

它能够实时采集与处理各种信号，根据设定的控制策略对工业过程进行监控与调节，以达到所需的目标。

在工业生产中，过程控制系统起到了至关重要的作用。

本实验旨在了解过程控制系统的基本原理、组成以及操作。

二、实验内容1.过程控制系统的组成及原理；2.过程控制系统的搭建与调节；3.过程控制系统的优化优化。

三、实验步骤1.复习过程控制系统的原理和基本组成；2.使用PLC等软件和硬件搭建简单的过程控制系统；3.设计一个调节过程，如温度控制或液位控制，调节系统的参数；4.通过修改控制算法和调整参数，优化过程控制系统的性能；5.记录实验数据并进行分析。

四、实验结果与分析在本次实验中，我们搭建了一个温度控制系统，通过控制加热器的功率来调节温度。

在调节过程中，我们使用了PID控制算法，并调整了参数，包括比例、积分和微分。

通过观察实验数据，我们可以看到温度的稳定性随着PID参数的调整而改变。

当PID参数调整合适时，温度能够在设定值附近波动较小，实现了较好的控制效果。

在优化过程中，我们尝试了不同的控制算法和参数，比较了它们的性能差异。

实验结果表明，在一些情况下，改变控制算法和参数可以显著提高过程控制系统的性能。

通过优化，我们实现了更快的响应时间和更小的稳定偏差，提高了系统的稳定性和控制精度。

五、结论与总结通过本次实验，我们了解了过程控制系统的基本原理、组成和操作方法。

我们掌握了搭建过程控制系统、调节参数以及优化性能的技巧。

实验结果表明，合理的控制算法和参数选择可以显著提高过程控制系统的性能，实现更好的控制效果。

然而，本次实验还存在一些不足之处。

首先，在系统搭建过程中，可能由于设备和软件的限制，无法完全模拟实际的工业过程。

其次，实验涉及到的控制算法和参数调节方法较为简单，在实际工程中可能需要更为复杂和精细的控制策略。

《过程控制系统》实验报告一、实验目的过程控制系统实验旨在通过实际操作和观察，深入理解过程控制系统的组成、工作原理和性能特点，掌握常见的控制算法和参数整定方法，培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力。

二、实验设备1、过程控制实验装置包括水箱、水泵、调节阀、传感器（液位传感器、温度传感器等）、控制器（可编程控制器 PLC 或工业控制计算机）等。

2、计算机及相关软件用于编程、监控和数据采集分析。

三、实验原理过程控制系统是指对工业生产过程中的某个物理量（如温度、压力、液位、流量等）进行自动控制，使其保持在期望的设定值附近。

其基本原理是通过传感器检测被控量的实际值，将其与设定值进行比较，产生偏差信号，控制器根据偏差信号按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构（如调节阀、电机等）作用于被控对象，从而实现对被控量的控制。

常见的控制算法包括比例（P）控制、积分（I）控制、微分（D）控制及其组合（如 PID 控制）。

四、实验内容及步骤1、单回路液位控制系统实验（1）系统组成及连接将液位传感器安装在水箱上，调节阀与水泵相连，控制器与传感器和调节阀连接，计算机与控制器通信。

（2）参数设置在控制器中设置液位设定值、控制算法（如 PID）的参数等。

（3）系统运行启动水泵，观察液位的变化，通过控制器的调节使液位稳定在设定值附近。

（4）数据采集与分析利用计算机采集液位的实际值和控制量的数据，绘制曲线，分析系统的稳定性、快速性和准确性。

2、温度控制系统实验（1）系统组成与连接类似液位控制系统，将温度传感器安装在加热装置上，调节阀控制加热功率。

设置温度设定值和控制算法参数。

（3）运行与数据采集分析启动加热装置，观察温度变化，采集数据并分析。

五、实验数据及结果分析1、单回路液位控制系统（1）实验数据记录不同时刻的液位实际值和控制量。

（2）结果分析稳定性分析：观察液位是否在设定值附近波动，波动范围是否在允许范围内。

快速性分析：计算液位达到设定值所需的时间。

C语言程序设计实验报告一、实验名称流程控制实验二、实验目的1.掌握复合语句、if语句、switch语句的使用，熟练掌握for、while、do-while三种基本的循环控制语句的使用，掌握重复循环技术，了解转移语句与标号语句。

2.练习循环结构for、while、do-while语句的使用。

3.练习转移语句和标号语句的使用。

4.使用codeblocks开发环境中的调试功能：单步执行、设置断点、观察变量值。

三、实验任务1．源程序改错题下面是计算s=n!的源程序，在这个源程序中存在若干语法和逻辑错误。

要求在计算机上对这个例子程序进行调试修改，使之能够正确完成指定任务。

例如，8！=40320。

#include <stdio.h>void main(){int i,n,s=1;printf("Please enter n:");scanf("%d",n);for(i=1,i<=n,i++)s=s*i;printf("%d! = %d",n,s);}2．源程序修改替换题（1）修改第1题，分别用while 和do-while 语句替换for 语句。

（2）修改第1题，输入改为“整数S ”，输出改为“满足n ！≥S 的最小整数n ”。

例如输入整数40310，输出结果为n=8。

3．编程设计题（1）假设工资税金按以下计算方法计算：x<1000元，不收税金；1000<=x<2000,收取5%的税金；2000<=x<3000，收取10%的税金；3000<=x<4000，收取15%的税金；4000<=x<5000，收取20%的税金；x>5000, 收取25%的税金。

编写一个程序，输入工资金额，输出应收取的税金，要求用if 和switch 语句来实现。

（2）编写一个程序，将输入的一行字符复制到输出，复制过程中将一个以上的空格字符用一个空格字符代替。

实验报告专业：自动化姓名：学号：实验一、计算机控制系统实验一、实验目的1、了解计算机控制系统的基本构成。

2、掌握本装置计算机实时监控软件的使用3、熟悉计算机控制算法。

4、掌握计算机控制的参数整定方法。

二、实验设备1、THKGK-1过程控制实验装置：GK-02 GK-03 GK-072、计算机及上位机监控软件三、实验原理与常规仪表控制系统相比，计算机控制系统的最大区别就是用微型机和A/D、D/A转换卡来代替常规的调节器。

基本构成框图如下：计算机根据测量值与设定值的偏差，按程序设定的算法进行运算，并将结果经D/A转换器输出。

控制算法有位置式，增量式和速度式。

为了使采样时间间隔内，输出保持在相应的数值，在D/A卡上设有零阶保持器。

四、实验步骤（一）、监控软件的使用及安装说明：1、计算机硬件要求：CPU：486以上。

内存：32MB或更多。

硬盘：1GB。

操作系统：Windows98/2000/XP。

显示器：1024×768。

串行口：COM12、软件安装安装过程已经在上位机光盘里面。

（二）、登录后选择PID算法对上水箱液位进行控制1、将计算机与单片机控制屏结合使用，对上水箱液位进行直接数字DDC控制实验。

系统连接图自拟。

（单片机控制屏仅起A/D、D/A转换的作用）2、设置适当的作图时间间隔和给定值，调整PID参数K、、Ti、Td、直到得到较好的过程控制实时曲线。

3、对不同PID参数下的实时控制曲线进行比较，分析各参数变化对控制质量的影响。

4、自行选择其他控制算法进行实验，了解不同算法的控制质量。

五、实验小结1、将上述实验结果整理好，写出参数整定的具体步骤及整定数值，整理出系统的结构图。

Kp=2 Ki=6 K=5 阀门开度为60%2、简述PID参数对系统性能的影响。

PID调节器分别对应比例、积分和微分作用1、比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。

随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。

一、实验目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的基本操作和调试方法；3. 通过实验，加深对计算机控制理论的理解和应用。

二、实验仪器1. PC计算机一台；2. 计算机控制系统实验箱一台；3. 传感器、执行器等实验设备。

三、实验内容1. 计算机控制系统组成与原理；2. 传感器信号采集与处理；3. 执行器控制与调节；4. 计算机控制系统调试与优化。

四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解计算机控制系统实验箱的组成及功能；2. 连接实验设备，检查无误后启动实验软件；3. 根据实验要求，进行传感器信号采集与处理；4. 根据实验要求，进行执行器控制与调节；5. 对计算机控制系统进行调试与优化，观察系统响应和性能；6. 记录实验数据，分析实验结果。

五、实验结果与分析1. 计算机控制系统组成与原理实验过程中，我们了解了计算机控制系统的基本组成，包括传感器、控制器、执行器等。

传感器用于采集被控对象的物理量，控制器根据采集到的信号进行计算、处理，然后输出控制信号给执行器，执行器对被控对象进行调节。

2. 传感器信号采集与处理在实验中，我们使用了温度传感器采集环境温度信号。

通过实验，我们掌握了如何将模拟信号转换为数字信号，以及如何对采集到的信号进行滤波处理。

3. 执行器控制与调节实验中，我们使用了继电器作为执行器，根据控制器输出的控制信号进行开关控制。

通过实验，我们学会了如何设置执行器的参数，以及如何对执行器进行调节。

4. 计算机控制系统调试与优化在实验过程中，我们对计算机控制系统进行了调试与优化。

通过调整控制器参数，使得系统在满足控制要求的同时，具有良好的动态性能和稳态性能。

六、实验总结本次实验使我们对计算机控制系统有了更深入的了解，掌握了计算机控制系统的基本原理和操作方法。

通过实验，我们提高了动手能力和实际操作能力，为今后从事相关领域工作奠定了基础。

七、实验报告1. 实验名称：计算机控制系统实验2. 实验日期：XXXX年XX月XX日3. 实验人员：XXX、XXX4. 实验指导教师：XXX5. 实验内容：计算机控制系统组成与原理、传感器信号采集与处理、执行器控制与调节、计算机控制系统调试与优化6. 实验结果与分析：详细描述实验过程中遇到的问题、解决方法及实验结果7. 实验心得体会：总结实验过程中的收获和体会（注：以上实验报告仅供参考，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。