1、實(shí)驗(yàn)一：?jiǎn)位芈芬何豢刂葡到y(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1通過實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和原理； 2定性分析研究PID控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響； 3分析對(duì)象參數(shù)對(duì)控制效果的影響； 4分別從供水側(cè)和出水側(cè)施加擾動(dòng)，研究PID控制器的擾動(dòng)抑制能力。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 安裝Kingview組態(tài)軟件和KingACT軟邏輯軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理 進(jìn)行單容水箱對(duì)象液位定值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)如圖1-1所示。水箱系統(tǒng)由給水泵供水，負(fù)載閥決定出水量，同時(shí)增加一干擾水源，用以施加供水干擾，用戶的用水量改變的擾動(dòng)可通過調(diào)整負(fù)載閥開度進(jìn)行模擬。 圖1-1單容水箱液位定值系統(tǒng)增加干擾水源相應(yīng)的組態(tài)項(xiàng)目，干擾水源的模擬可

2、在入水量上疊加一個(gè)較小的水量信號(hào)，并通過開關(guān)控制其是否有效。因此增加兩個(gè)變量，如下表。表 1-1 單回路水箱控制系統(tǒng)增加的仿真變量表參數(shù) 變量名稱 變量類型 單位 下限 上限 初始值 干擾水源 干擾水源 Double L/s 0 0.01 0.0001 干擾水源開關(guān) 干擾開關(guān) Bool False 四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 1啟動(dòng)KingACT編程系統(tǒng)，打開“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件。在對(duì)象組態(tài)圖中增加擾動(dòng)水源組態(tài)。在原組態(tài)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)加法器和選擇開關(guān)模塊，并進(jìn)行變量連接，如圖所示。2啟動(dòng)組態(tài)王工程管理器，打開“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件，在數(shù)據(jù)詞典中增加兩個(gè)變量，分別為

3、“干擾開關(guān)”和“干擾水量”，并建立與OPC服務(wù)器的通道連接。調(diào)入仿真主畫面，增加干擾水源控制閥和干擾水量數(shù)值指示，分別與“干擾開關(guān)”和“干擾水量”進(jìn)行動(dòng)畫連接，如圖所示。3啟動(dòng)KingACT運(yùn)行系統(tǒng)，裝入“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件。4啟動(dòng)KingACT OPC服務(wù)器，裝入“單回路水箱液位控制（干擾）.plc”文件，并置于運(yùn)行狀態(tài)。5在組態(tài)王工程管理器中，將“單回路水箱液位控制（干擾）”切換至運(yùn)行狀態(tài)。6為調(diào)節(jié)器設(shè)置PID參數(shù)。7啟動(dòng)給水泵，調(diào)節(jié)器置于手操狀態(tài)，為水泵提供一控制電壓，并將出水閥置于50%開度，等待液位達(dá)到平衡狀態(tài)。8改變水位設(shè)定值，將調(diào)節(jié)器置于自動(dòng)狀態(tài)，觀察液位變化情

4、況。9通過打開干擾閥門和改變出水閥開度，分別施加進(jìn)水和出水?dāng)_動(dòng)，觀察液位變化情況。10調(diào)整PID參數(shù)，直到獲得較為滿意的結(jié)果。11通過參數(shù)設(shè)置改變水箱對(duì)象的面積，重新進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1通過抓圖拷屏的方法提交獲得的實(shí)驗(yàn)曲線。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程填寫下表，并分析水箱面積變化對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)的影響。表 1-2 單回路水箱液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)記錄表水箱面積(cm2)比例系數(shù)積分時(shí)間(ms)微分時(shí)間(ms)超調(diào)量(%)過渡過程時(shí)間3分析PID定值調(diào)節(jié)和擾動(dòng)抑制特性。4實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 六、思考題 1如果要增加變化的干擾水源應(yīng)如何增加?2如果減少單容水箱對(duì)象的容積，積分時(shí)間應(yīng)該增大還是減少。實(shí)驗(yàn)二：電加熱水

5、箱溫度與流量前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握前饋控制系統(tǒng)的基本概念和組成。 2掌握前饋-反饋控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法。 3研究在階躍擾動(dòng)作用下前饋控制對(duì)系統(tǒng)被控量的影響。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 安裝Kingview組態(tài)軟件和KingACT軟邏輯軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 本試驗(yàn)以電加熱水箱溫度為反饋控制調(diào)節(jié)對(duì)象，入水流量為前饋控制調(diào)節(jié)對(duì)象，形成電加熱水箱溫度反饋與水流量前饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖所示。 在該系統(tǒng)中的主要擾動(dòng)是給水流量的變化，采用前饋控制方法時(shí)，將入水流量信號(hào)送到前饋控制器。前饋控制器按照一定的算法產(chǎn)生控制作用，控制電加熱器的功率進(jìn)行相應(yīng)改變，可及時(shí)消除由于進(jìn)水量變化帶來的

6、溫度的變化。在本仿真試驗(yàn)中入水流量作為對(duì)象的一個(gè)參數(shù)已經(jīng)通過計(jì)算得出，所需要做的工作是根據(jù)該入水流量信號(hào)計(jì)算出前饋信號(hào)。四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 1啟動(dòng)KingACT編程系統(tǒng)，打開“電熱水箱前饋反饋控制”工程文件。在控制器組態(tài)圖中增加前饋控制組態(tài)。增加一個(gè)前饋控制作用允許開關(guān)，便于在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行對(duì)比。并與PID控制器的輸出相加作為交流調(diào)功器的控制電壓，如圖所示。2啟動(dòng)KingACT運(yùn)行系統(tǒng)，裝入“電熱水箱前饋反饋控制”工程文件。并置于運(yùn)行狀態(tài)。3啟動(dòng)KingACT OPC服務(wù)器，裝入裝入“電熱水箱前饋反饋控制.PLC”文件，并置于通信聯(lián)機(jī)狀態(tài)。4啟動(dòng)組態(tài)王工程管理器，打開“電熱水箱前饋反饋控制”工程

7、，在數(shù)據(jù)詞典中增加“前饋輸出”和“前饋允許”變量，并與KingACT OPC服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)通道的連接。 為歷史曲線和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線增加PID控制器輸出、前饋控制器輸出、入水流量顯示，觀察控制器輸出作用。 打開主畫面，在畫面上增加前饋控制器和反饋控制器輸出指示，并切換至運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。5通過參數(shù)設(shè)置界面，將加熱器功率（最大）設(shè)置為1000KW，進(jìn)水溫度設(shè)為0。打開出水閥，打開給水泵開關(guān)和交流調(diào)功器開關(guān)，并為水泵提供一較小的初始控制電壓，關(guān)閉前饋控制器，PID調(diào)節(jié)器置自動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行水箱溫度設(shè)定值控制參數(shù)整定。改變給水泵控制電壓，施加入水流量擾動(dòng)，觀察并記錄未投入前饋控制器時(shí)系統(tǒng)的溫度響應(yīng)特性。6

8、設(shè)定值參數(shù)整定完成后，投入前饋控制器，等待系統(tǒng)穩(wěn)定。在系統(tǒng)輸出穩(wěn)定后，改變給水泵控制電壓，施加入水流量擾動(dòng)，觀察并記錄投入前饋控制器后系統(tǒng)的溫度響應(yīng)特性。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1通過抓圖拷屏的方法提交獲得的實(shí)驗(yàn)曲線。2分析前饋控制器對(duì)入水流量擾動(dòng)的抑制特性。3分析前饋反饋溫度控制系統(tǒng)的定值跟蹤特性。4總結(jié)溫度控制系統(tǒng)中前饋控制器設(shè)計(jì)方法。5寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三：雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的基本概念和組成。 2掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法。 3研究階躍擾動(dòng)分別作用在副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主被控量的影響。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 安裝Kingview組態(tài)軟件和King

9、ACT軟邏輯軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 本試驗(yàn)以水箱1的液位為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象，水箱2的液位為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象，構(gòu)成水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖所示。四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟1啟動(dòng)KingACT運(yùn)行系統(tǒng)，調(diào)入“串級(jí)雙容水箱液位控制”工程文件。并置于運(yùn)行狀態(tài)。2啟動(dòng)KingACT OPC服務(wù)器，裝入“串級(jí)雙容水箱液位控制.PLC”工程文件，并置于運(yùn)行狀態(tài)。3啟動(dòng)組態(tài)王工程管理器，打開“串級(jí)雙容水箱液位控制”工程，并切換至運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。4啟動(dòng)水泵，連通閥CV1的開度為100%，出水閥CV2至某一開度。主、副調(diào)節(jié)器置手動(dòng)，采用手動(dòng)操作使液位達(dá)到某一平衡狀態(tài)。5采用逐步逼近法進(jìn)行主、副調(diào)節(jié)

10、器參數(shù)整定。6采用兩步整定法進(jìn)行主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。7在主對(duì)象水箱2上施加擾動(dòng)信號(hào)，觀察液位響應(yīng)曲線。 8在副對(duì)象水箱1上施加擾動(dòng)信號(hào)，觀察液位響應(yīng)曲線。9練習(xí)串級(jí)系統(tǒng)投運(yùn)操作。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1通過抓圖拷屏的方法提交獲得的實(shí)驗(yàn)曲線。1畫出雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 2寫出調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過程。 3根據(jù)擾動(dòng)分別作用于主、副對(duì)象時(shí)系統(tǒng)輸出的響應(yīng)曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。 4分析主、副調(diào)節(jié)器采用不同PID參數(shù)時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。 5總結(jié)串級(jí)系統(tǒng)投運(yùn)過程。 實(shí)驗(yàn)四：雙比環(huán)流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解比值控制的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)雙閉環(huán)比值控制原理。 2掌握雙閉

11、環(huán)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 3掌握雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 安裝Kingview組態(tài)軟件和KingACT軟邏輯軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 本試驗(yàn)由熱水箱、冷水箱和混合水箱組成，要求冷、熱水箱中的水以一定的流量比例進(jìn)入混合水箱，以滿足負(fù)載水流量和溫度的要求。根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)雙閉環(huán)水量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)冷水流量按照比例要求跟隨熱水流量的變化。雙閉環(huán)流量控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟1啟動(dòng)KingACT運(yùn)行系統(tǒng)，調(diào)入“冷熱水比值控制”工程文件。并置于運(yùn)行狀態(tài)。2啟動(dòng)KingACT OPC服務(wù)器，裝入“冷熱水比值控制.PLC”工程文件，并置于運(yùn)行狀態(tài)。3啟動(dòng)組態(tài)王工程管理器，打開“冷熱水比值控制”工程，并切換至運(yùn)行狀態(tài)，如圖所示。4在無擾動(dòng)的情況下，利用切投開關(guān)斷開從流量對(duì)象的比值控制給定，分別整定熱水和冷水控制回路，使其響應(yīng)速度快而又沒有超調(diào)。整定完成后，根據(jù)所需要的溫度計(jì)算比值系數(shù)，投入比值控制。5修改主流量控制器的設(shè)定值，觀察比值系統(tǒng)的響應(yīng)特性。6分別為冷、熱水增加擾動(dòng)