1、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
2、 PID 调节规律输出 420mA 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：420mA。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
3、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()()()()tPDI detutKeteTT 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、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 50.00Hz6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=1.5FILE=58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
5、立式离心泵频率以上两种干扰均要求扰动量为控制量的 515，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 89，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 79，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
6、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 420mA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
7、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：420mA；输出：380V，050Hz。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
8、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()()()tPIutKetedtT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-0
9、1）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=462I=5，D=0.3，FILE=58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 515，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 89，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 79，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
