综合实验报告——过控部分班级：自动化2学号：12051225姓名：陈猛冲实验目的1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。
2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。
3、掌握使用DCS系统组态软件进行组态和设计控制系统基本过程。
4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成对象特性测试及建模。
5、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成简单控制系统的设计与分析。
6、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成复杂控制系统的设计与分析。
7、深入理解控制器参数的调整原理。
实验内容1对象特性测试对象特性测试包括一阶对象、二阶对象、非线性对象三部分内容。
（1）从实验装置中分别确定一阶对象、二阶对象和非线性对象；（2）对一阶对象、二阶对象进行机理分析，建立被测试对象的机理模型（3）调整系统处于正常工作状态附近（4）用阶跃响应法测试系统模型，注意阶跃输入不能超过10%（5）最后分别给出被测试对象的数学模型2一阶对象单回路控制系统实验（1）自行设计控制目标及方案（2）调整系统处于正常工作状态附近（3）分别改变比例度、积分时间（每个参数分别至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响（4）进行单回路控制系统PID参数整定（5）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程3二阶对象单回路控制系统实验（6）自行设计控制目标及方案（7）调整系统处于正常工作状态附近（8）分别改变比例度、积分时间（每个参数分别至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响（9）进行单回路控制系统PID参数整定（10）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程4串级控制系统实验（1）自行设计控制目标及方案（2）调整系统处于正常工作状态附近（3）根据单回路控制系统参数整定的经验给出副控制器参数（记录参数整定过程）（4）进行主回路控制系统PID参数整定（记录参数整定过程）（5）分别对主副回路加入相同量的干扰，观察控制效果并分析串级控制系统在克服干扰方面的特点，同时分析与单回路系统克服干扰的区别。
1.2 思考题：如何控制上水箱的水位（给出设计方案）。
2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合（第2-3天）2.1思考题：注意：在进行以上各项组态时，要理解各项组态的含义及作用，组态时要具有目的性。
答：(1)什么是DCSDCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
(2)控制站和操作站在整个系统中有何作用。
现场控制站的主要功能有数据采集、DDC控制、顺序控制、信号报警、打印报表及数据通信功能。
操作员操作站功能：正常运行时的工艺监视和运行操作。
工程师操作站：对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护。
(3) “组态”的含义是什么含义是设置、配置，是指操作人员根据用户需求及控制任务的要求，使用软件工具，对计算机资源进行组合配置达到应用目的。
4.1对象特性测试对象特性测试包括一阶对象和二阶对象两部分内容。
（1）从实验装置中分别确定一阶对象和二阶对象；（2）对被测对象进行机理分析，建立被测试对象的机理模型（3）调整系统处于正常工作状态附近（4）用阶跃响应法测试系统模型，注意阶跃输入不能超过10%（5）最后分别给出被测试对象的数学模型一、一阶对象：利用两点法求取一阶对象模型响应滞后MV的时间为τ=2sK=(y(∞)-y(0))/3%=(60%-45.3%)/3%=4.85T=1.5*(t0.632-t0.283)=1.5*(373-167)=309G=Ke-ts/(Ts+1)=4.85e-2s/（309s+1）二阶对象始态：25.5% 终态：15.5%开环增益：K=(y(∞)-y(0))/△u=（25.5%-15.5%）/3%=3.3T1+T2=1/2.16*(t1+t2)T1T2/(T1+T2)2=(1.74*t1/t2-0.55)T1=112 T2=45τ=40s则G=3.3e-40s/((112s+1)*(45s+1))4.2单回路控制系统实验（1）自行设计控制目标及方案（2）调整系统处于正常工作状态附近（3）分别改变比例度、积分时间（每个参数至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响（4）进行单回路控制系统PID参数整定（5）对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干扰的过程P整定K=100 Ti=0.5 Td=0K=80 Ti=0.5 Td=0K=60 Ti=0.5 Td=0比较不同的比例控制作用下的响应可以知道，比例控制可以调整系统开环增益，提高系统的稳态精度，加快响应速度。
当比例度减小时，即相当于Kp增大，瞬态响应速度加快，上升时间、调节时间均减小，且稳态误差减小；但当Kp过大时会是系统的超调量增大，时系统的稳定性降低。
Kp由小变大时，系统响应的衰减比逐渐减小；系统的稳定程度降低，直至出现临界振荡；系统的最大偏差随着Kp的增大而减小，余差也随着Kp的增大而减小。
即Kp 的增加使控制精度提高，使稳定性变差。
PIK=60 Ti=0.5 Td=0K=60 Ti=0.1 Td=0K=60 Ti=0.3 Td=0PI调解可以消除余差，当Kp不变时改变Ti大小，随着Ti的减小（积分作用增强），超调量增大，上升时间变小，但调节时间增加。
积分作用可以消除余差，但会使系统响应速度变慢调节不及时。
所以，积分作用能够消除稳态误差，使系统的稳态性能得到改善；但会影响系统的稳定性PIDK=60 Ti=0.7 Td=0.5K=60 Ti=0.7 Td=1K=60 Ti=0.7 Td=2微分控制只在动态过程中起作用，从实验数据可知，微分控制似的系统的响应速度变快，超调减小，振荡减轻。
微分控制使输出比单纯比例作用超前，可用于克服对象的滞后，改善系统的动态性能，但微分作用对噪声较为敏感，容易造成系统不稳定整定后加入干扰可以较好地克服干扰二阶对象单回路控制系统实验K=30 Ti=1 Td=0K=50 Ti=1 Td=0K=40 Ti=1 Td=0PIK=30 Ti=1.5 Td=0K=30 Ti=1 Td=0K=30 Ti=0.5 Td=0PIDK=30Ti=1.5 Td=0.5K=30Ti=1.5 Td=1.5K=30Ti=1.5 Td=4由图可以看到二阶系统的比例作用比例积分作用比例积分微分作用同一阶系统相同整定后加入干扰可以较好地克服干扰带来的影响串级控制系统实验（1）自行设计控制目标及方案（2）调整系统处于正常工作状态附近（3）根据单回路控制系统参数整定的经验给出副控制器参数（记录参数整定过程）（4）进行主回路控制系统PID参数整定（记录参数整定过程）（5）分别对主副回路加入相同量的干扰，观察控制效果并分析串级控制系统在克服干扰方面的特点，同时分析与单回路系统克服干扰的区别。
副控制器PK=20 Ti=0.2 Td=0K=30 Ti=0.2 Td=0K=40 Ti=0.2 Td=0PiK=40 Ti=1.5 Td=0K=40 Ti=3 Td=0K=40 Ti=0.5 Td=0主控制器K=20 Ti=0.5 Td=0K=30 Ti=0.5 Td=0K=40 Ti=0.5 Td=0PIK=20 Ti=1.5 Td=0K=20 Ti=3 Td=0K=20 Ti=1 Td=0PIDK=20 Ti=1.5 Td=0.5K=20 Ti=1.5 Td=3K=20 Ti=1.5 Td=1.5副回路加干扰主回路加干扰分析：副回路加干扰后，主参数的PV基本没变化，体现了串级控制的优点：在干扰影响被控变量前，已经对其进行了补偿。
主回路加上干扰后，被控变量PV稍有偏离，最终仍能回到原稳态值，说明对主回路中的干扰是一种偏差控制。
即偏差先影响输出，然后系统再作用使其稳定。
通过副回路克服干扰的情况可以知道，副回路调节作用很明显，所以对其要求快速性，使干扰尽可能少的影响最终的被控变量，通过副回路快速调节其稳定。
非线性对象可以较好地实控制目标思考题(1) 一阶系统对象特性测试中K、T、τ的确定方法及物理意义模型中K、T、τ分别为对象增益、时间常数、纯滞后时间，这三个参数可以根据对象的阶跃相应曲线进行求取。
(2) 影响系统时间常数T的因素有哪些？影响系统时间常数T的因素，主要是系统的惯性不同，时间常数越大、过渡过程越长响应速度就变慢。
(3) 二阶系统对象特性测试中K、的确定二阶对象K用输出变化量除以输入变化量即可，τ可以由二阶水箱曲线图读取。
(4) 对象特性测试是开环的还是闭环的？如何实现？开环，将系统切在手动状态下稳定，然后在此基础上给控制量一个阶跃变化。
(5)被控对象数学模型的建立方法有哪几种，各自有什么特点？可分为两大类：一类是机理分析方法，一类是测试分析方法。
机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律，建立的模型常有明确的物理或现实意义。
测试分析是根据开环响应曲线利用近似处理解出数学模型的相应参数。
(6) 思考实际实验过程与仿真实验过程的异同仿真实验过程没有外界干扰因素的影响，是较理想的情况。
而实际实验过程中有各种各样的干扰因素，比如水位阀位磨损，水压不够等，因而得到的结果较仿真有偏差。
(7) 二阶对象特性测试的操作过程中需要注意哪些问题对于二阶对象测试结果要进行验证，0.32< t1/t2 <=0.46。
需要对上述结果进行验证。
不在此范围内的不是二阶系统，测试过程中时间常数大，要耐心等待到数据稳定时再做下一步。
(8)从实际对象的阶跃响应曲线中，如何判别是一阶对象还是二阶对象？一阶对象曲线斜率逐渐减小二阶对象曲线存拐点，其斜率先逐渐增大后减小。
(9)控制过程中为什么要调整系统处于正常工作状态附近？因为正常工作状态有利于生产，一般情况受扰动后会在正常工作状态附近变化，所以控制系统处于正常工况非常重要，易于分析控制结果。
(10)如何确定调节阀为气关阀气开阀：有气则开气关阀：有气则关无气源时，气开阀全关，气关阀全开。
(11) 运用自控原理的知识分析一阶系统对象在纯比例控制作用下为什么很难出现震荡现象根据一阶对象的传函，将开环增益看成变化参数，画根轨迹可知随着不论参数怎么变化，闭环极点都处于s平面的左半平面，所以很难出现振荡。
(12)结合实验数据，总结P、I、D参数变化对控制效果的影响。
比例控制为基于偏差的控制，系统响应速度快。