过程控制实验指导书

过程控制实验指导书

授课学时：16课时 授课专业：自动化 授课教师：姜倩倩

1

目 录

过程控制实验项目一览表 ............................................................................................ - 1 - 实验一：一阶系统数学模型的建立 ............................................................................ - 2 - 实验二： PID控制器参数自整定 ............................................................................... - 4 - 实验三实验四实验五实验六实验七实验八

水箱液位PID控制 ........................................................................................ - 8 - 水箱压力的PID调节控制 .......................................................................... - 14 - 串级水位控制系统设计 ............................................................................ - 17 - 前馈-反馈控制系统仿真实验 .................................................................... - 19 - 单片机液位控制系统 .................................................................................. - 22 - 单容液位PLC控制 ...................................................................................... - 25 -

过程控制实验项目一览表

序号 实验项目名称 实验内容提要 掌握利用Matlab根据计算1 一阶系统数学模型的建立 法建立一阶系统数学模型的方法 2 PID控制器参数自整定 利用simulink对PID控制器进行参数整定 了解单容/双容水箱液位3 水箱液位PID控制 单回路控制系统用P、PI、PID调节器时，调节器参数变化对系统性能的影响 了解单/双容水箱压力单4 水箱压力PID控制系统 回路控制系统用P、PI、PID调节器时，调节器参数变化对系统性能的影响 对液位串级控制系统进行参数整定，研究阶跃扰动5 串级水位控制系统设计 分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响 6 前馈-反馈控制系统仿真实验 掌握利用Matlab对前馈-反馈控制系统进行参数整定仿真 了解利用单片机系统对水箱液位控制的方法 了解利用PLC控制系统对单容液位进行控制 2 综合性 2 验证性 2 5 设计性 2 5 设计性 2 5 设计性 2 5 验证性 2 5 验证性 学时 每组人数 实验属性 7 单片机液位控制系统 8 单容液位PLC控制 合 计 2 16 综合性 实验参考书：

1. TKGK-1型操作说明书.实验指导书

- 1 -

实验一：一阶系统数学模型的建立

一、实验目的

1．熟悉利用计算法建立系统一阶惯性环节加纯迟延的近似数学模型的方法； 2．学会利用MATLAB/Simulink对系统建模的方法。 二、实验设备

安装Windows系统和MATLAB软件的计算机一台。 三、实验内容

已知某液位对象，在阶跃扰动量 ? u ( t ) ? 20 % 时，其响应的试验数据如下： t/s 0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800 h/mm 0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.5 18.4 19.2 19.6 19.8 20 若将液位对象近似为一阶惯性环节加纯迟延，试利用计算法确定其增益K、时间常数T和纯迟延时间τ。 四、实验步骤

1．首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K。

2．根据系统近似为一阶惯性环节加纯迟延的计算法，编写MATLAB程序。

执行所编写程序可得如下结果： T =？ tao =？

则系统近似为一阶惯性环节加纯迟延的数学模型为？

3．首先建立如图所示的Simulink系统仿真框图，并将阶跃信号模块（Step）的初始作用时间(Step time)和幅值(Final value)分别改为0和20后，以文件名？（.mdl）将该系统保存。

- 2 -