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()()()()t
P 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50.00Hz
6．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=5
8．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）。

（2）改变开立式离心泵频率
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能
系统不稳定。

加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，经过一段调节
时间后，液体流量稳定至新的设定值（采用（2）干扰方法仍稳定在原设
定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，保存图像10．分别适量改变调节仪的控制参数，重复步骤8～9，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。

11．分别用P、PI、PID三种控制规律重复步骤7～9，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

12．关闭立式离心泵，设备电源，结束实验
13．分析流量图像，得出结果
四．实验数据：
图5.3-3 单闭环流量控制曲线
第四节单闭环压力定值控制系统
一．实验目的：
1．了解单闭环压力控制系统的结构组成与原理。

2．掌握单闭环压力控制系统调节器参数的整定方法。

3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对压力系统的控制作用。

二．实验原理：
离心泵恒压力控制系统图如图5.4-1所示所示。

图5.4-1 离心泵恒压力控制系统图
图5.4-2 信号流程图
离心泵恒压力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压力传感器PT将离心泵出口压力转换成电压信号，经放大器放大后输出至工业调节器PC，PC将压力信号与压力给定值比较后，按PI调节规律输出4—20mA信号，驱动变频调速器控制电机的转速，达到恒定离心泵出口压力的目的。

离心泵恒压力控制系统方框图如图5.4-2所示。

控制参数如下：
1、被控变量y：离心泵出口压力P。

2、给定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值，在本实
验中取300KPa。

3、测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值，在本实验中为离心泵
出口压力值P。

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转速n 。

使用交流变频调速器作为执行器对离心泵转速进行控制。

交流变频调速器的输入信号范围：4—20mA ；输出：380V ，0—50Hz 。

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流量的方法，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---离心泵出口压力值P ；
ys---离心泵出口压力设定值。

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。

离心泵恒压力控制系统采用比例积分控制规律(PI)对离心泵出口压力进行控制。

比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律的组合，数学表达式为：
01()[()()]t P I
u t K e t e t dt T ∆=+⎰
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．将流量测量表（FI-01）设为手动输出且输出值为25，电动调节阀的开度即为25%
6．打开实验软件，进入压力曲线界面点击菜单栏中的“曲线 压力控制曲线”开始记录压力变化
7．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为自动输出且SV 值为400，P=462 I=5，D=0.3，FILE=5
8．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待压力稳定后，点击菜单栏中的“曲线 压力控制曲线”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）。

（2）改变电动调节阀的开度
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能系统不稳定。

加入干扰后，液体流量便离开原平衡状态，经过一段调节
时间后，离心泵出口压力稳定至新的设定值（采用（2）干扰方法仍稳定
在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，保存
图像
10．分别适量改变调节仪的控制参数，重复步骤8～9，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。

11．分别用P、PI、PID三种控制规律重复步骤7～9，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

12．关闭立式离心泵，设备电源，结束实验
13．分析流量图像，得出结果
四．实验数据：
图5.4-3单闭环压力控制曲线
图5.4-3单闭环压力控制曲线。