重庆大学实习报告本学院动力工程学院年级专业15核工01班学生姓名张子靖学号20153079实习指导教师卞煜实习名称测控实习2实习地点动力工程学院创新实验大楼301实习时间2018年5月16日动力工程学院中心实验室制目录实验一测试水箱水位对象动态特性《设计型》 (1)一实习目的及任务 (1)二实习过程及内容 (1)实验二水位自动调节系统闭环实验《综合型》 (7)一实习目的及任务 (7)二实习过程及内容 (7)总结与思考 (13)一实习总结 (13)二思考题 (13)图1弹簧—质量—阻尼机器机械位移系统示意图 (13)实验一测试水箱水位对象动态特性《设计型》一实习目的及任务(1)初步了解热工自控的管路系统结构、常用设备和控制原理；(2)初步了解用阶跃法测试对象动态特性的方法，求取水位对象的阶跃响曲线；(3)直观地了解自平衡能力对象响应曲线的特点；(4)初步掌握对象动特性试验数据的处理方法。
二实习过程及内容2.1自动控制系统原理自动控制系统是指用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时,能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。
生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的，特别是热工系统，各设备相互关联，当其中某一设备的工艺条件发生变化时，都可能引起其他设备中某些参数或多或少地波动，偏离了正常的工艺条件。
自动控制（原理）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
2.2实验装置及运用2.2.1实验装置介绍(a)结构组成实验装置示意图如下图所示，主要设备有：水泵、三容水箱及其管路系统、差压变送器、调节器、控制台等。
图1过程控制对象管路图泵是输送流体或使流体增压的机械。
它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。
泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液、气混合物及含悬浮固体物的液体。
泵通常可按工作原理分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵三类。
除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。
如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。
按照有无轴结构，可分直线泵，和传统泵。
水泵只能输送以流体为介质的物流，不能输送固体。
差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器，将压力信号转化为电流或电压信号输出。
差压变送器一般分为正压端和负压端，一般情况下，差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。
本实验中的压差变送器用于反映水箱液位高度。
(b)控制系统工作流程在本实验装置中，水由水泵从储水箱（下水箱）中抽出，经调节阀、上水箱进口阀门（V3或V4）进入上水箱，再经上水箱出口阀门（V5或V6）、中间水箱出口阀门（V15），最终流回下水箱；也可通过V7和V17分别直接进入中间水箱和下水箱。
调节阀是系统的执行机构，其开度受控制台的控制。
在控制台上，可对水箱的目标水位进行设置，当实际水位低于目标值时，可使调节阀开度增大，加大进水流量，使其大于排水流量，令水位上升；反之，可使调节阀开度减小，减小进水流量，使其小于排水流量，令水位下降。
2.2.2实验步骤(1)实验装置的认识：了解实验装置中的对象，水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。
以便于在实验中对仪表进行操作和观察。
熟悉实验装置面板图，要求做到：由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。
熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。
此实验是调节器输出控制调节阀，计算机采集并记录数据。
流程图如下图。
图2上水箱特性测试(调节器控制)流程(2)按上水箱特性测试(调节器控制)实验接线图接好实验线路，打开手动阀门V3，V19，根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀V6的开度。
(3)接通总电源、各仪表的电源。
(4)设置调节器处于手动位置，按调节器的增/减键改变手动输出值，使系统在液位处于某一平衡位置，记下此时手动输出。
(5)按调节器的增/减键增加调节器手动输出，使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大，估计上水箱水不益流出来)，这时系统输出也有一个变化的信号，使系统在较高液位也能达到平衡状态。
(6)观察计算机上的液位1的阶跃响应适时和历史曲线，直至达到新的平衡为止。
(7)调节器的手动输出回到原来的输电电流值，记录一条液位下降的曲线。
(8)曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行和处理，处理结果记录于表格。
按常规内容编写实验报告，并根据K、T、 平均值写出广义的传递函数。
2.3实验数据整理及分析2.3.1原始数据记录实验原始数据和由其生成的图像如下：表1实验原始数据记录时间/s水位/mm时间/s水位/mm时间/s水位/mm013055194110199513960195.4115198.91015465196.3120199.115165.470196.8125199.520170.375197.8130199.425176.180197.8135199.63018085198.2140199.635187.290198.814520040187.795198.2150199.845189.9100198.815520050192.6105198.7160200图3实验水位变化曲线图2.3.2原理分析从原理角度分析，水箱水位变化系统可用如下模型表示：in outdh A q q dt=-其中h 为水位，A 为水箱底面积，in q 、out q 分别为流入、流出的体积流量。
在本次实验中，in q 受调节阀控制。
可近似认为1()in q k r bh =-，2out q k h =，其中r 为系统输入（目标水位），k 1、k 2为固定的比例系数。
因此，模型变为：()in dh A q k r h dt==-进行拉氏变换并整理得：()()()H s kG s R s As k==+考虑管路长度不可忽略，故引入延时环节，对象模型变为：1()1psp K G s e T s τ-=+即认为系统是存在延时的惯性系统。
2.3.3数据处理利用MATLAB 的System Identification 工具，将实验原始数据【水位测量值与期望值（200mm ）】输入。
根据上文对系统原理的分析，选择惯性系统模型进行拟合，得到拟合的系统传递函数：1.57510.9938()120.9581p s sp K G s e T s s τ--==++将结果整理于下表中：表2结果记录表阶跃响应曲线数据处理记录表参数值测量情况液位1液位2K 1T 1/s τ1/s K 1T 1/sτ1/s正向输入0.993820.958-1.575（无数据）反向输入（无数据）平均值0.993820.958-1.575其中，“（无数据）”处表示实验时未记录该组相应的原始数据。
2.3.4结果讨论利用MATLAB 可直接得到用拟合传递函数反演计算所得数据与原始数据的对比，如下图所示（蓝色光滑曲线为拟合结果）。
可以看出，拟合曲线与实验值吻合程度非常好。
图4拟合曲线-原始数据对比图实验二水位自动调节系统闭环实验《综合型》一实习目的及任务(1)初步掌握单回路自动调节系统调节器参数的整定方法；(2)了解调节器参数对调节过程的影响。
二实习过程及内容2.1自动控制系统原理自动控制系统是指用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时,能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。
生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的，特别是热工系统，各设备相互关联，当其中某一设备的工艺条件发生变化时，都可能引起其他设备中某些参数或多或少地波动，偏离了正常的工艺条件。
自动控制（原理）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
2.2实验装置及运用2.2.1实验装置介绍(a)结构组成实验装置示意图如下图所示，主要设备有：水泵、三容水箱及其管路系统、差压变送器、调节器、控制台等。