成绩________
过程控制工程 实验报告
班级：_______________________________________ 姓名：________________________________________ 学号：________________________________________ 指导老师：_____________________________________ 实验日期：_____________________________________
目录
实验一 上水箱特性测试(计算机控制)实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
实验二 压力单闭环控制系统的设计与实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
实验三 上水箱液位和流量串级系统(计算机控制)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
实验四 流量比值控制系统(计算机控制) „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
实验一 上水箱特性测试(计算机控制)实验
一、实验目的
通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法，测量时应注意的问题，对象模型参数的求取方法。
二、实验项目
1. 认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。 2. 测试上水箱的对象特性。
三、实验设备与仪器
1. 水泵Ⅰ 2. 变频器 3. 压力变送器 4. 主回路调节阀
xmin——调节器输出电流的下限值
y——被测量的变化量 ymax——被测量的上限值
ymin——被测量的下限值
2) 一阶对象
G0
K
es
T0s1
K——广义对象放大倍数（求法见1）
T0——广义对象时间常数(为阶跃响应变化到新稳态值的63.2%所需要的时间)
τ——广义对象时滞时间(即响应的纯滞后，直接从图测量出)
五、注意事项
1． 测量前要使系统处于平衡状态下，反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的
瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算出纯滞后时间τ。测量与记录工作必须
2． 所加扰动应是额定值的10%左右。
六、实验说明及操作步骤
1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。
2.将上水箱特性测试（计算机控制）所用实验设备，参照流程图和系统框图接好实验线路。 3.确认接线无误后，接通电源。
4.运行组态王，在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验”
阶液位对象。
按钮观察输出曲线。
6.在
会影响系统稳定所需的时间）。
7.
改变u（k）输出，给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间)，使系统的输出信号产生变化，上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。
8.观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线，
直至达到新的平衡为止。
9.改变u（k）输出，给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号，使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。
10.
为止。
七、实验报告
实验二 压力单闭环控制系统的设计与实验
一、 实验目的
1、 2、 3、 4、 5、
熟悉单闭环控制系统的特点、组成及工作原理。 熟悉控制器PID参数对过渡过程的影响。
掌握单闭环控制系统的设计及控制器参数整定方法。 培养学生对检测系统的综合应用能力。
通过理论联系实际，加强对学生实践动手能力和开发创新能力的培养。
二、 实验任务
根据实验室现有设备，设计一压力单闭环控制系统以满足储罐压力控制要求，并自选一种控制器参数整定方法对其进行参数工程整定。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．牛顿模块（输入、输出） 5．上水箱液位变送器 6．流量计 7．调节阀
实验三 上水箱液位和流量串级系统(计算机控制)
一、实验目的
1．通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、副被控参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路。
2．通过实验掌握串级控制系统的特点、串级控制系统的设计，掌握串级控制主、副控制回路的选择。掌握串级控制系统参数整定方法，并将串级控制系统参数投运到实验中。
二、实验项目
1．掌握串级控制系统的组成及特点并连线构成一个液位-流量串级控制系统。 2．将上述串级控制系统投入自动。
3．对该系统进行调节器参数整定，使系统的阶跃响应出现4：1衰减比。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．牛顿模块（输入、输出） 5．上水箱液位变送器 6．流量计 7．调节阀
2．对串级控制系统的参数整定应采用先副后主的整定方法，或将副调节器的参数按经验给定，再对主回路进行一步整定。整定的方法可用单回路整定时的经验凑试法、衰减曲线法、反应曲线法等。
五、注意事项
1．加干扰应在系统稳定的前提下进行。
2．组态王软件中，下标为1的是副回路参数，下标为2的是主回路参数。
六、实验说明及操作步骤
1．打开计算机组态王软件的工程管理器，选中“串级实验”，点击运行，进入串级实验界面。 2．点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状态，点击“PID设定按钮”，调出PID设定界面。
3．投入参数，观察液位和流量的曲线，调整参数观察计算机控制的效果。待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。
4．再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察下水箱液位变化的曲线。
七、实验报告
实验四
一、实验目的
流量比值控制系统(计算机控制)
1．通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成。 2．掌握比值系数的计算，掌握比值控制系统的参数整定。
二、实验项目
1．掌握比值控制系统的组成及特点并连线构成一个比值控制系统。 2．将上述串级控制系统投入自动。 3．对该系统进行调节器参数整定。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．主回路调节阀、主回路流量计 5．副回路调节阀、副回路流量计 6．比例器
7．牛顿模块（输入、输出）
I = Q/QMAX×16 mA + 4 mA
则主副流量变送器的输出电流信号为： I 1=Q1/Q1MAX×16 mA + 4 mA
I 2=Q2/Q2MAX×16 mA + 4 mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2 = Kc×I 1
Kc为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 k= Q 2/ Q1时，可得：
KC
I24Q/Q2MAX164-4Q
2k1MAX
I14Q1/Q1MAX164-4Q2MAX
五、注意事项
1．本实验需要设置的参数如下： KP=3 （参考值）（比例增益） Ti=18 （参考值）（积分时间 秒） Td=0 （参考值）（微分时间 秒） Sp （计算机控制给定值） U（k） （计算机输出值） PV （主流量检测值） PV2 （副流量检测值） Kc （比值系数）
2．本实验需要恒压供水。
六、实验说明及操作步骤
1．根据实验系统流程图，将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。 2．接通总电源和各仪表电源。
3．调出计算机控制的流量比值实验界面。将“手动/自动”按钮转换到自动状态，点击“PID设定”按钮，调出PID参数设定界面。选取适当的PID参数投入运行。 4．调节KC，改变流量的比值。
5．系统的参数整定，调节器的参数整定可按单回路或串级控制系统 的整定方法进行。 6．系统稳定后，改变主回路中流量的大小，观察副回路流量的变化。 7．观察计算机上历史曲线的变化。记录并处理历史曲线。 8．改变比例器的比例系数，观察流量的变化。
七、实验报告
成绩________
过程控制工程 实验报告
班级：_______________________________________ 姓名：________________________________________ 学号：________________________________________ 指导老师：_____________________________________ 实验日期：_____________________________________
目录
实验一 上水箱特性测试(计算机控制)实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
实验二 压力单闭环控制系统的设计与实验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
实验三 上水箱液位和流量串级系统(计算机控制)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
实验四 流量比值控制系统(计算机控制) „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
实验一 上水箱特性测试(计算机控制)实验
一、实验目的
通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法，测量时应注意的问题，对象模型参数的求取方法。
二、实验项目
1. 认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。 2. 测试上水箱的对象特性。
三、实验设备与仪器
1. 水泵Ⅰ 2. 变频器 3. 压力变送器 4. 主回路调节阀
xmin——调节器输出电流的下限值
y——被测量的变化量 ymax——被测量的上限值
ymin——被测量的下限值
2) 一阶对象
G0
K
es
T0s1
K——广义对象放大倍数（求法见1）
T0——广义对象时间常数(为阶跃响应变化到新稳态值的63.2%所需要的时间)
τ——广义对象时滞时间(即响应的纯滞后，直接从图测量出)
五、注意事项
1． 测量前要使系统处于平衡状态下，反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的
瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算出纯滞后时间τ。测量与记录工作必须
2． 所加扰动应是额定值的10%左右。
六、实验说明及操作步骤
1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。
2.将上水箱特性测试（计算机控制）所用实验设备，参照流程图和系统框图接好实验线路。 3.确认接线无误后，接通电源。
4.运行组态王，在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验”
阶液位对象。
按钮观察输出曲线。
6.在
会影响系统稳定所需的时间）。
7.
改变u（k）输出，给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间)，使系统的输出信号产生变化，上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。
8.观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线，
直至达到新的平衡为止。
9.改变u（k）输出，给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号，使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。
10.
为止。
七、实验报告
实验二 压力单闭环控制系统的设计与实验
一、 实验目的
1、 2、 3、 4、 5、
熟悉单闭环控制系统的特点、组成及工作原理。 熟悉控制器PID参数对过渡过程的影响。
掌握单闭环控制系统的设计及控制器参数整定方法。 培养学生对检测系统的综合应用能力。
通过理论联系实际，加强对学生实践动手能力和开发创新能力的培养。
二、 实验任务
根据实验室现有设备，设计一压力单闭环控制系统以满足储罐压力控制要求，并自选一种控制器参数整定方法对其进行参数工程整定。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．牛顿模块（输入、输出） 5．上水箱液位变送器 6．流量计 7．调节阀
实验三 上水箱液位和流量串级系统(计算机控制)
一、实验目的
1．通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、副被控参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路。
2．通过实验掌握串级控制系统的特点、串级控制系统的设计，掌握串级控制主、副控制回路的选择。掌握串级控制系统参数整定方法，并将串级控制系统参数投运到实验中。
二、实验项目
1．掌握串级控制系统的组成及特点并连线构成一个液位-流量串级控制系统。 2．将上述串级控制系统投入自动。
3．对该系统进行调节器参数整定，使系统的阶跃响应出现4：1衰减比。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．牛顿模块（输入、输出） 5．上水箱液位变送器 6．流量计 7．调节阀
2．对串级控制系统的参数整定应采用先副后主的整定方法，或将副调节器的参数按经验给定，再对主回路进行一步整定。整定的方法可用单回路整定时的经验凑试法、衰减曲线法、反应曲线法等。
五、注意事项
1．加干扰应在系统稳定的前提下进行。
2．组态王软件中，下标为1的是副回路参数，下标为2的是主回路参数。
六、实验说明及操作步骤
1．打开计算机组态王软件的工程管理器，选中“串级实验”，点击运行，进入串级实验界面。 2．点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状态，点击“PID设定按钮”，调出PID设定界面。
3．投入参数，观察液位和流量的曲线，调整参数观察计算机控制的效果。待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。
4．再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察下水箱液位变化的曲线。
七、实验报告
实验四
一、实验目的
流量比值控制系统(计算机控制)
1．通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成。 2．掌握比值系数的计算，掌握比值控制系统的参数整定。
二、实验项目
1．掌握比值控制系统的组成及特点并连线构成一个比值控制系统。 2．将上述串级控制系统投入自动。 3．对该系统进行调节器参数整定。
三、实验设备与仪器
1．水泵Ⅰ 2．压力变送器 3．变频器
4．主回路调节阀、主回路流量计 5．副回路调节阀、副回路流量计 6．比例器
7．牛顿模块（输入、输出）
I = Q/QMAX×16 mA + 4 mA
则主副流量变送器的输出电流信号为： I 1=Q1/Q1MAX×16 mA + 4 mA
I 2=Q2/Q2MAX×16 mA + 4 mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2 = Kc×I 1
Kc为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 k= Q 2/ Q1时，可得：
KC
I24Q/Q2MAX164-4Q
2k1MAX
I14Q1/Q1MAX164-4Q2MAX
五、注意事项
1．本实验需要设置的参数如下： KP=3 （参考值）（比例增益） Ti=18 （参考值）（积分时间 秒） Td=0 （参考值）（微分时间 秒） Sp （计算机控制给定值） U（k） （计算机输出值） PV （主流量检测值） PV2 （副流量检测值） Kc （比值系数）
2．本实验需要恒压供水。
六、实验说明及操作步骤
1．根据实验系统流程图，将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。 2．接通总电源和各仪表电源。
3．调出计算机控制的流量比值实验界面。将“手动/自动”按钮转换到自动状态，点击“PID设定”按钮，调出PID参数设定界面。选取适当的PID参数投入运行。 4．调节KC，改变流量的比值。
5．系统的参数整定，调节器的参数整定可按单回路或串级控制系统 的整定方法进行。 6．系统稳定后，改变主回路中流量的大小，观察副回路流量的变化。 7．观察计算机上历史曲线的变化。记录并处理历史曲线。 8．改变比例器的比例系数，观察流量的变化。
七、实验报告