单回路控制系统..

第１章绪论1.1 设计要求1.1.1 设计题目和设计指标设计题目：智能温控系统设计设计指标：1）设计组成单回路控制系统的各部分，画出总体框图；2）能根据单回路温度定值控制系统的特点，确定控制方案；3)根据所确定的设计方案进行仪表选择、控制器选择、执行器选择；4)合理选择PID 参数。

5)撰写设计说明书及注意事项。

1.1.2 设计功能设计一个单回路温度控制系统，实现温度定值控制；确定设计方案，选择检测变送器、控制器、执行器，确定控制器算法，并进行参数整定，以提高综合运用有关专业知识的能力和实际动手能力。

第２章 系统总体设计方案2.1工艺流程图图1:工艺流程图2.2方框图工作流程介绍系统开始后，水温传感器将水温传送给控制器与给定值进行比较，e 是否为0，如果为0直接输出，如果不为0，控制器进行PID 计算，参数整定后，进行调节，然后传给执行器执行命令，从而达到温度稳定。

PID 控制器 电阻丝加热器 加热罐水温水温检测一给定值 输出值图2：温度单回路系统结构框图+ 加热器 TT 温检控 制 器TC给定值第3章 硬件设计和器件选择3.1电气接线图250欧姆250欧姆0~5V0~10V12250欧姆250欧姆0~10V75温度控制对象温度变送脉宽调制图3：调节器与温度模块接线图3.2器件选择3.2.1 控制器用于调节PID 算法的控制器选择AI818 3.2.2 温度传感器测量水温的传感器采用热电阻Cu50。

热电阻Cu50在—50～150℃测量范围内电热阻和温度之间呈线性关系，温度系数越大，测量精度越高，热补偿性好，在过程控制领域使用广泛。

系统采用三线制Cu50，温度信号经过变送单元转换成4～20mADC 电流信号，便于采集。

3.2.3 加热器采用电阻丝作为加热器件，采用可控硅移相触发单元调节电阻丝的发热功率，输入控制信号为4—20mA标准电流信号，其移相触发与输入控制电流成正比。

输出交流电压来控制加热器电阻丝的两端电压，从而控制加热罐的温度。

过程控制实验报告学院：学号：姓名：实验指导老师：日期：一、实验要求与简介 (3)二、控制原理 (4)三、实验设备详细介绍 (6)四．实验过程调试 (15)五．单回路控制系统 (16)六．课程总结 (16)一．实验要求与简介要求：设计液位控制系统，利用实验室过程控制设备构建单回路PID液位控制系统。

了解设备的结构框架，学习对象模型建立的方法和技术、PID参数整定技术、自动化仪表选择相关技能。

根据实验条件和系统配置确定实验过程性能指标。

综合考虑抗干扰问题、系统稳定性问题、动态性能、稳态偏差等，对实验结果进行分析。

实验目标如下：A.了解实验设备，能够根据实物画出系统框图；B.了解和掌握P909自动化仪表的应用场合和使用方法；C.熟悉PID参数整定技术，在实验中正确运用，分析参数整定的作用和效果；D.熟悉液位控制系统中各种自动化测量点、调节阀的相关技术参数；E.实现单回路液位控制，有基本的系统调节能力。

液位的自动控制在工业生产领域应用的非常普遍，就控制系统本身而言，其含有压力传感器、计算机与采集板组成的控制器、执行器（水泵）、控制对象（水箱）等。

本次实验的主要任务是了解一个完整的液位系统的组成、构成液位控制系统的各个部件的工作原理及连接方式、工业上离散控制系统的通信标准、熟悉p909仪表的操作并实现单回路液位控制，有基本的液位调节能力。

液位系统结构图：整个系统主要有水泵、电磁阀、传感器、水箱组成。

由水泵供水，电动阀调节流速（实验系统中还含有手动调节阀）通过两个入水口进入水箱，在通过一个出水口进入排水箱，之所以用两个入水口是考虑到进水会带来液位的波动从而给控制器的控制带来困难所以通过两个入口从底部进水，但虽然减少了液位波动但也造成了一些负面影响：入水管中的压强会随着液位的上升而变大，在实际成产中可能会导致事故。

安置在系统中的传感器将系统的状态（温度，水箱液位，入水管压强）通过电流形式上传给上位机，通过控制器的计算再输出电流控制执行器，如：电动阀的开度，加热器等从而达到系统的反馈控制。

一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图：2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？3. 试确定习题1中控制器的正反作用。

若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。

5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。

7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。

8. 对图示控制系统采用线性控制阀。

当负荷G 增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G 减少时，系统响应震9. 一个简单控制系统中，控制阀口径变化后，对系统质量有何影响？10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。

（1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。

（2）主要扰动为G 1时，量特性。

（3特性。

11.作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。

13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。

第五章单回路控制系统分析与设计《热工自动控制系统》第五章单回路控制系统分析与设计5.1 单回路控制系统分析 5.2 控制器参数的工程整定方法 5.3 单回路控制系统实例5.1 单回路控制系统分析调节器执行器对象测量变送器Y 0dY干扰euμ仅有一个测量变送器、一个执行器和一个调节器。

一、单回路控制系统的组成（一）被调量的选择如过热蒸汽温度控制系统的任务：维持过热器出口蒸汽温度，因此，被调量就是“过热器出口蒸汽温度”①一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被调量。

（一）被调量的选择如磨煤机中原煤的干燥程度、原煤装载量等无法直接测量，需要利用磨入口温度、磨出入口差压进行间接控制。

②实际生产中，有些工艺参数还没有有效手段，此时需要将间接测量信号作为被调量。

（一）被调量的选择间接测量信号的选择要满足如下条件：A. 与欲维持工艺参数具有单值函数关系；B. 具有一定灵敏度；C. 迟延时间小。

（二）控制量的选择★选择工艺上允许作为控制手段的变量工艺上的主要物料量不应选择不可控的变量（二）控制量的选择工艺上的主要物料量：蒸汽流量给水流量省煤器蒸汽流量过热器汽包给水阀～MW（三）控制通道和扰动通道ty (t )跟随给定值rty (t )克服扰动dry 0y 0td (t )d 0td (t )d 0r-G P (s )G C (s )G D (s )E (s )U (s )D (s )Y (s )R (s )（四）影响控制品质的主要因素被控对象特性调节器特性——客观存在，不可改变——不同的调节器有不同的调节规律，其特点不同，应根据不同对象和生产工艺要求确定热工控制系统设计应从如下四方面入手①根据生产过程的要求，确定被控制量和控制量，拟定控制系统结构；②建立系统的数学模型（机理/试验）；③在一定条件下对系统进行动态性能研究；④工程设计：控制设备选择、系统安装设计等。

5.1 单回路控制系统分析二、对象特性对控制系统的影响-G P (s )G C (s )G D (s )E (s )U (s )D (s )Y (s )R (s )两组特征参数：控制通道：放大系数K 、时间常数T 、迟延时间τ；扰动通道：放大系数K D 、时间常数T D 、迟延时间τD 。

实验三单回路控制系统组员:实验时间：2014.4.11、实验名称：液位单回路自动控制系统2、实验目的：1、通过实际构建、运行一个液位单回路控制系统，更深入理解一个工业自控系统的工作原理和投运步骤；2、掌握控制系统的调整方法—工程参数整定；三、实验设备：A3000过程控制实验装置中的二级水箱系统，PC机及工业组态软件；4、控制系统的要求：1、被控参数（液位）能保持在期望值上，并抵御一定的外部扰动，满足生产的质量与安全的要求（有报警，操作限制等）；2、一个一般的工业控制系统多是一个包含基本控制回路系统，并附加其它设备的复合系统。

五、实验内容：①通过信号连线，构建一个液位单回路控制系统；②启动计算机，运行实验软件；实验设备加电、开泵，手动操作系统达到稳定，进行手动->自动的无扰动切换；③采用工程参数整定方法，寻找满足控制要求的控制器参数（P、I、D ）；④进行测试，判断系统是否满足希望的控制质量要求─较快地实现平稳（如4~10:1的衰减过程)；⑤测试应以随动（内部扰动）和定值（外部扰动）两种情况验证。

输出值输出值LT1 02FV101先不连化，具体先向哪个方向变化取决于当时的水位高度。

理想的工作点是水箱的中间位置。

每次变化后要等到系统确实稳定后再向相反方向变化。

(3)若结果不满意应进一步试探。

将比例度P 分别改为50%、30% ，每改变一次P ，都应在设定值加干扰进行测试，观察过渡过程曲线的变化，直至到更接近4 : 1 衰减振荡过程，记下对应的P 值；(4)以该比例度为基础，将比例度P乘以1.2倍，并以P所对应的曲线振荡周期（两个波峰之间的时间）的一半时间为积分时间Ti，控制器为PI（比例+积分）作用；⑸在此PI参数下再次改变设定值，测试控制器的PI参数是否满足要求，即控制的效果和质量。

若不合适还可对PI参数再作调整，直至达到要求。

⑹若有时间，可根据前面的P，查表得到P、I、D作用，使控制器成为P+I+D的三作用控制器。

管道流量单回路控制系统设计与调试管道流量单回路控制系统设计与调试一、控制目的总体控制方案在保证安全、可靠运行的情况下，采用现代控制理论和方法，实现计算机自动监控。

并能够完成数据存储、动态显示、数据分析、报表打印等功能。

其稳定度、控制精度、响应速度达到设计要求根据设定的管道对象和其他配置，运用计算机和InTouch组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得管道流量维持恒定或保持在一定误差范围内。

二、性能要求1．要求管道流量恒定，流量设定值SP自行给定。

2．无扰时，流量基本恒定，由控制电动调节阀实现。

3．有扰时：改变变频器频率，管道流量允许波动。

4．预期性能：响应曲线为衰减振荡；允许存在一定误差；调整时间尽可能短。

三、方案设计及控制规律的选择依据现有实验设备和装置,装置柜采用浙江大学求是公司PCT-III过程控制系统实验装置,含被控对象―水箱、管道（直径4公分）、仪表、供水设备、开关电磁阀和电动调节阀等。

. 控制台采用浙江大学求是公司PCT-III过程控制系统实验装置, 含接线端子、485总线模块、控制电源。

1．方案控制设计本设计采用单回路反馈控制。

通过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈控制规律控制电动阀的打开和闭合，如图2.1所示：图2.1流量单回路控制系统方框图2．PID控制规律PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。

它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用。

PID控制参数整定方便，结构改变灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。

随着计算机技术的迅速发展，将PID控制数字化，在计算机控制系统中实施数字PID控制，已成为一个新的发展趋势。

因此，PID控制是一种很重要、很实用的控制规律。

比例控制、积分控制和微分控制的组合称为比例加积分加微分控制。