東華大學(xué)過控實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 （1）LabView 基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜abVIEW軟件的基本編程環(huán)境。掌握前面板窗口和程序窗口的應(yīng)用方法，了解圖形化程序設(shè)計(jì)環(huán)境下條件、選擇、順序結(jié)構(gòu)的表示和常用數(shù)據(jù)類型的操作。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：建立自己的虛擬儀器項(xiàng)目文檔（.lvproj文件），在其中建立兩個(gè)VI文檔，分別實(shí)現(xiàn)任務(wù)（1）、（2）、（3）的要求。任務(wù)（1）：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易計(jì)算器，實(shí)現(xiàn)“×÷”的計(jì)算。在“數(shù)值A(chǔ)”、“ 數(shù)值B”框中輸入實(shí)數(shù)，點(diǎn)擊“運(yùn)算”按鈕同時(shí)完成兩數(shù)的“×÷”運(yùn)算，并顯示結(jié)果。點(diǎn)擊“退出”按鈕結(jié)束程序運(yùn)行。圖 1.1.1 前面板圖 1.1.2程序面板程序流程圖開始

2、是否按停止按鈕？是否提示用戶重新輸入 輸入A和B 點(diǎn)擊確定按鈕結(jié)束B不為零否是計(jì)算并顯示結(jié)果問題及解決 如何處理除數(shù)B為0時(shí)？解決：將B的值作為循環(huán)的一個(gè)條件，B不為0時(shí)，正常進(jìn)行運(yùn)算；B為0時(shí)，不進(jìn)行運(yùn)算， 并提醒用戶重新輸入。任務(wù)（2）：數(shù)組操作圖1.2.1 前面板圖1.2.2程序面板程序流程圖開始是是否按停止按鈕？否結(jié)束輸入數(shù)組數(shù)組操作并顯示問題及解決軟件中的隨機(jī)數(shù)為0-1，如何輸出10-100？解決：將輸出隨機(jī)數(shù)乘以90，再加上10，可以得到10-100的隨機(jī)數(shù)。任務(wù)（3）：周期信號(hào)的產(chǎn)生和顯示圖1.3.1前面板圖1.3.2程序面板程序流程圖開始是否按停止按鈕？是否結(jié)束通過累加得到部分

3、三角波，持續(xù)100ms保持原波形100ms通過遞減得到另部分三角波，持續(xù)100ms保持原波形100ms問題及解決1 如何得到累加的值、遞減的值，如何保持？解決：用幅度上線除以累加點(diǎn)的個(gè)數(shù)，可以得到累加的值。 累加值為0時(shí)，即為保持狀態(tài)。 遞減值與累加值一致。2 如何保存上一次的累加結(jié)果？解決：使用寄存器。實(shí)驗(yàn)二 一階慣性環(huán)節(jié)的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饫脤?duì)象數(shù)學(xué)模型在LabView環(huán)境設(shè)計(jì)仿真程序的方法。實(shí)驗(yàn)要求：創(chuàng)建一個(gè)VI程序，此VI要設(shè)計(jì)一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)的仿真對(duì)象，并在階躍輸入情況下顯示其的輸出響應(yīng)的波形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。要求階躍信號(hào)幅度、仿真對(duì)象的參數(shù)可設(shè)置。圖2.1 前面板圖2.2 程序面板實(shí)驗(yàn)

4、三 信號(hào)采集和處理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釴I公司DAQ硬件和LabView軟件配合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（DAQ）操作的基本方法。實(shí)驗(yàn)要求：利用NI-6009數(shù)據(jù)采集卡和LabView軟件配合實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的采集和處理，要求測(cè)量交流信號(hào)的周期、頻率、幅值，顯示采集的信號(hào)波形和數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存到電子表格中。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：NI USB-6009多功能數(shù)據(jù)采集卡，傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，PC機(jī)采樣VI運(yùn)行時(shí)前面板的屏幕截圖：圖3. 1 前面板包含數(shù)據(jù)存盤功能的子VI程序窗口：圖3.2 程序面板數(shù)據(jù)保存的實(shí)現(xiàn)：采用方法一，利用函數(shù)選版中的“文件IO”功能的相關(guān)圖標(biāo)，保存處理采樣數(shù)據(jù)獲得的數(shù)組。將采樣完成生成的波形數(shù)據(jù)利

5、用“寫入電子表格”模塊，令“輸出多行數(shù)據(jù)”為“1”，輸出為exile電子表格，在前面板添加路徑按鈕，表格保存到指定路徑。實(shí)驗(yàn)四 過程控制仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆者^程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的一般方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)，仿真軟件實(shí)驗(yàn)要求：根據(jù)給定的對(duì)象傳遞函數(shù)設(shè)置仿真模型參數(shù)，完成單回路、串級(jí)、前饋控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，使控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的衰減率約為0.75（衰減比4：1）。單容系統(tǒng)：ZK: G(s)=0.5e-s Go(s)=1.6/(10s+1)e(-2s)圖 4.1.1 對(duì)象特性測(cè)定曲線根據(jù)參數(shù)，PID估算表得：P =110% I=1.95s D=1.95s得到的過渡過程曲線為：圖 4

6、.1.2 數(shù)據(jù)曲線窗口圖 4.1.3 調(diào)整后的曲線實(shí)際使用的PID參數(shù)：P=107% I=2.5s D=2.5s雙容系統(tǒng)：ZK: G(s)=1 副對(duì)象：Go1(s)=1.2/(3s+1)e(-s) 主對(duì)象Go2(s)=1.2/(12s+1)e(-2s)圖 4.2.1 對(duì)象特性測(cè)定曲線特性參數(shù)如圖所示。根據(jù)參數(shù)，得：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s得到的過渡過程曲線為：圖 4.2.2 數(shù)據(jù)曲線窗口圖 4.2.3 調(diào)整后的曲線實(shí)際使用的PID參數(shù)：P=185% I=4.4s D=4.4s串級(jí)系統(tǒng)：ZK: G(s)=1 副對(duì)象：Go1(s)=1.2/(3s+1)e(-s)

7、主對(duì)象Go2(s)=1.2/(12s+1)e(-2s)圖 4.3.1 對(duì)象特性測(cè)定曲線特性參數(shù)如圖所示。根據(jù)參數(shù)，PID估算表得：主對(duì)象：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s副對(duì)象：P=165.6% I=0.6484s D=0 得到的過渡過程曲線為：圖4.3.2 過渡過程曲線圖 4.3.3 調(diào)節(jié)后的曲線調(diào)節(jié)后的主副對(duì)象參數(shù)為：副對(duì)象：P=160% I=1.2s D=無(wú)主對(duì)象：P=168% I=4.2s D=4.2s 實(shí)驗(yàn)七 被控對(duì)象特性測(cè)試和單回路控制系統(tǒng)整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握對(duì)象特性的階躍響應(yīng)的工程測(cè)試方法，記錄相應(yīng)液位的階躍響應(yīng)曲線和數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位

8、階躍響應(yīng)曲線，學(xué)會(huì)用兩點(diǎn)法和圖解法估算對(duì)象的參數(shù)，確定被測(cè)對(duì)象的傳遞函數(shù)。3. 了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。4. 掌握單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。5. 研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備THJ-2型高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置， 計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件。對(duì)象特性測(cè)定的過渡過程的曲線和數(shù)據(jù)1、兩點(diǎn)法的計(jì)算分析過程：T=2(t0.63-t0.39) =2t0.39-t0.63 K=dh智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)40變化至43起始點(diǎn) 平衡點(diǎn)時(shí)間 20:36:29 21:22:49液位檢測(cè)值1.112.3t0.39=355(s)t0.63=780（s）Kp=25.4=2 t0.39

9、- t0.63=355*2-780=-70<0 為負(fù)！原因分析：下水箱為大水箱，時(shí)間常數(shù)過大，難以找到平衡的時(shí)間點(diǎn)。導(dǎo)致值為負(fù)的原因就是沒有找到正確的平衡點(diǎn)。處理方法：用經(jīng)驗(yàn)試湊，令=20，PID估算表中比值選擇最小比值X=0.1P=139*Kp=35.3 I=10D=102、執(zhí)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制時(shí)的過渡過程的曲線、數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù):最終PID參數(shù)：P=40I=20D=20閉環(huán)控制曲線（設(shè)定值為10）：4.控制效果分析衰減比為6.4：1.6=4:1 滿足要求 最大偏差量 6.4 余差：0思考題1做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意改變出水口閥開度的大?。?答：改變出水口閥開度的大小便會(huì)改變對(duì)象的

10、屬性和變化機(jī)理導(dǎo)致物位方程改變。 測(cè)定的參數(shù)就不會(huì)正確。2用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些因素有關(guān)？精度與采樣時(shí)間、ts的估計(jì)等。實(shí)驗(yàn)八 液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解前饋反饋控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。2、掌握前饋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法。3、掌握前饋反饋控制系統(tǒng)參數(shù)的整定與投運(yùn)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THJ-2高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。畫出液位前饋-反饋控制系統(tǒng)的方框圖:根據(jù)實(shí)驗(yàn)，確定前饋補(bǔ)償器的系數(shù)KB。特性曲線：兩點(diǎn)法計(jì)算PID參數(shù)：起始點(diǎn) 平衡點(diǎn)時(shí)間 09:05:22 09:13:42液

11、位檢測(cè)值1.210.4t0.39=95(s)t0.63=165（s）Kp=46=2 t0.39 - t0.63=25T=2（ t0.63 - t0.39）=140/T=25/140=0.18取X=0.2 根據(jù)PID估算表得：P=63.94I=16.995最終參數(shù)：P=64I=17D=17反饋不加擾動(dòng)PID調(diào)節(jié)衰減比約為4:1 滿足要求3、畫出不加前饋補(bǔ)償器時(shí)，系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下被控制量的響應(yīng)曲線。反饋加擾動(dòng) 去除擾動(dòng)4、畫出加上前饋補(bǔ)償器后，系統(tǒng)在同樣擾動(dòng)作用下被控制量的響應(yīng)曲線。Kp 控制量旋轉(zhuǎn)360°5、根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。加上前饋補(bǔ)償器后，系統(tǒng)在同樣擾動(dòng)作用下，被控制量的

12、超調(diào)量變小。衰減比不變。實(shí)驗(yàn)九 溫度串級(jí)控制系統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦肞C機(jī)和通道模塊構(gòu)成的DDC的硬件系統(tǒng)，通過組態(tài)軟件的操作，設(shè)計(jì)溫度對(duì)象的控制方案，并對(duì)串級(jí)控制方案進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行 ，對(duì)其控制品質(zhì)及特點(diǎn)進(jìn)行分析和比較 ，從而加深對(duì)過程控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、 三溫度實(shí)驗(yàn)裝置。2、計(jì)算機(jī)、三溫度實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組態(tài)軟件。實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)框圖：圖9.1 三溫度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別寫出實(shí)驗(yàn)步驟，包括系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)求取、參數(shù)計(jì)算和參數(shù)整定過程實(shí)驗(yàn)步驟:(1) 啟動(dòng)DDC軟件，完成三溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的組態(tài)圖9.2 控制系統(tǒng)的組態(tài)(2) 組態(tài)完成后，單擊流程圖上的 “開始”命令按鈕, 開始采樣, 同時(shí)開始記錄溫度曲線。開啟“加熱器”電源開關(guān)K1(控制柜內(nèi))，運(yùn)行系統(tǒng)。圖9.3 未加熱的溫度曲線(3) 先將PID調(diào)節(jié)器設(shè)置均為 “手動(dòng)”, OP=25%, 當(dāng)溫度穩(wěn)定后, 改變OP值（70%）開始記錄溫度曲線（串級(jí)系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)試主、副對(duì)象）。根據(jù)曲線求取對(duì)象的K、T、，并估算P、I、D參數(shù)。圖9.4 加熱后的曲線計(jì)算得：K=28.5 T=160 =11估算得：P=39.6 I=7.8 D=7.8(4) 先將副PID調(diào)節(jié)器設(shè)置為 “自動(dòng)”，主PID調(diào)節(jié)器設(shè)置為 “手動(dòng)”， 調(diào)節(jié)器的外給定值為40，正確設(shè)置副調(diào)節(jié)器的 P、I參數(shù)（