杭电《过程控制系统》实验报告
实验时间：5月25号
序号：
杭州电子科技大学
自动化学院实验报告
课程名称：自动化仪表与过程控制
实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验
实验名称：上水箱液位PID整定实验
实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验
指导教师：尚群立
学生姓名：俞超栋
学生学号：09061821
实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验
一．实验目的
（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二．实验设备
AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。 三、系统结构框图
单容水箱如图1-1所示：
丹麦泵电动调节阀
V1
DCS控制系统手动输出
h
V2
Q1
Q2
图1-1、 单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：
在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)
0 T
式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：
当t=T 时，则有：
h(T)=KR 0(1-e -1
)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e
-t/T
)
当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入
式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T ，该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点 所对应的时间就是时间常数T ，其理 论依据是：
上式表示h （t ）若以在原点时的速度h （∞）/T 恒速变化，即只要花T 秒时间就可达到稳态值h （∞）。 五．实验内容步骤
图1-2、 阶跃响应曲线
1)对象的连接和检查：
(1)将AE2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以水泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门.关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
(1)打开控制柜中水泵、电动调节阀的电源开关。
(2)启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。
(3)用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“MV”栏中设定电动调节阀一个适当开度。（此实验必须在手动状态下进行）
（4）、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录系统输出值，以及水箱水位的高度h1和上位机的测量显示值并填入下表。
原始平衡状态：
系统输出值水箱水位高度h1 上位机显示值
0~100 cm cm
40% 4.5 4.0
从40%到50%阶跃数据：
T（秒）10 20 30 40 50 60 水箱水位
4.5 4.9 5
5.2 5.5 5.7 h1(cm)
上位机读数
4.8
5.1 5.4 5.4 5.8
6.1 (cm)
T（秒）70 80 90 100 110 120
水箱水位
5.7 5.5 5 5.1 5.7 6 h1(cm)
上位机读数
6.5 6.3 6.3 5.8 5.7 6.2 (cm)
T（秒）130 140 150 160 170 180
水箱水位
5.9 5.5 5.5 5.8 5.8 5.7 h1(cm)
上位机读数 6.7 6.7 6.3 6.2 6.4 6.4
(cm)
T（秒）190 200 210 220 230 240 水箱水位
5.4 5.7 5.3 5.6 6 5.9 h1(cm)
上位机读数
6.3 6.2 6.3 6.1 6.3 6.8 (cm)
T（秒）250 260 270 280 290 300
水箱水位
5.9 5.9 6 5.9 5.7 5.7 h1(cm)
上位机读数
6.8 6.7 6.7 6.7 6.3 6.7 (cm)
平衡状态1：
系统输出值水箱水位高度h1 上位机显示值
0~100 cm cm
45% 5.7 6.7
从45%到50%阶跃数据：
T（秒）10 20 30 40 50 60
水箱水位
6.1 5.8 5.9 6.2 5.8 6.3 h1(cm)
上位机读数
6.5 6.9 6.5 6.6 6.8 6.6 (cm)
T（秒）70 80 90 100 110 120
水箱水位
6.4 6.4 6.5 6.5 6.4 6 h1(cm)
上位机读数
7 7.2 7.1 6.9 7.2 6.9 (cm)
T（秒）130 140 150 160 170 180
水箱水位
6.1 6.4 6.5 6.5 6.4 6 h1(cm)
上位机读数
6.7 6.5 6.9
7.2 7.2 6.8 (cm)
T（秒）190 200 210 220 230 240
水箱水位
5.9
6.5 6.6 7 6.8 6.4 h1(cm)
上位机读数
6.4 6.7 7
7.3 7.8 7.6 (cm)
T（秒）250 260 270 280 290 300
水箱水位
6.7 7 6.9 6.4 6.6 6.5 h1(cm)
上位机读数
7 7.2 7.7 7.6 7.1 7.3 (cm)
平衡状态2：
系统输出值水箱水位高度h1 上位机显示值
0~100 cm cm
50% 6.5 7.3
从50%到55%阶跃数据：
T（秒）10 20 30 40 50 60
水箱水位
7 7.4 7.8 7.6 7.7 7.4 h1(cm)
上位机读数
6.8
7.4
8.6 8.4 8.2 8.4 (cm)
T（秒）70 80 90 100 110 120
水箱水位
7.4 7.3 7.6 7.9 8 7.8 h1(cm)
上位机读数
8.2 8 7.8 8 8.7 8.8 (cm)
T（秒）130 140 150 160 170 180
水箱水位
7.9 7.8 7.9 7.8 7.9 8.3 h1(cm)
上位机读数
8.9 8.7 8.8 8.4 8.5 8.3 (cm)
T（秒）190 200 210 220 230 240
水箱水位
8 7.8 7.7 7.9 7.7 7.5 h1(cm)
上位机读数
9.4 8.8 8.4 8.4 8.4 8.3 (cm)
T（秒）250 260 270 280 290 300 水箱水位
7.9 8 8.1 7.9 7.5 7.9 h1(cm)
上位机读数
8.3 8.7 8.9 8.8 8.7 8.6 (cm)
平衡状态3：
系统输出值水箱水位高度h1 上位机显示值
0~100 cm cm
55% 7.9 8.6
从55%到60%阶跃数据：
T（秒）10 20 30 40 50 60
水箱水位
8.3 8.4 8.2 8.4 8.6 8.6 h1(cm)
上位机读数
8.6 9 8.9 8.9 9.1 9.8 (cm)
T（秒）70 80 90 100 110 120
水箱水位
8.7 8.7 8.9 9 8.9 8.7 h1(cm)
上位机读数
9.5 9.8 9.5 10.1 10 9.7 (cm)
T（秒）130 140 150 160 170 180
水箱水位
9 9 8.8 8.8 8.9 8.7 h1(cm)
上位机读数
9.6 9.7 10 9.7 9.7 9.9 (cm)
T（秒）190 200 210 220 230 240
水箱水位
8.6 8.9 9 8.8 9 8.9 h1(cm)
上位机读数
9.6 9.5 9.4 9.6 9.2 9.7 (cm)
T（秒）250 260 270 280 290 300 水箱水位8.6 8.6 8.7 8.7 9.1 9.2
h1(cm) 上位机读数(cm) 9.8 9.4 9.1 9.1 9.3 10
平衡状态4：
系统输出值 水箱水位高度h1
上位机显示值
0~100 cm cm 60%
9.2
10
六、 实验报告要求
（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。 从40%到45%的阶跃响应曲线：
从45%到50%的阶跃响应曲线：
从50%到55%的阶跃响应曲线：
从55%到60%的阶跃响应曲线：
（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。答：
从40%到45% 从45%到
50%
从50%
到55%
从55%
到60% 平均值
K*R0 1.7192 0.9643 1.136 1.058 1.097
T 31.8042 100.6762 29.3034 34.6904 33.2473
根据测量的数据可求得时间常数T=33.2473，K*R0=1.097。
七、注意事项
（1）本实验过程中，出水阀不得任意改变开度大小。
（2）阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
(3)在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。
八、思考题
（1）在做本实验时，为什么不能任意变化上水箱出水阀的开度大小？
答：因为T为水箱的时间常数，T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。
当改变水箱出水阀的开度大小时，R2会改变，那么G(s)也会改变，那样的话就不会测出G(s)中的参数了，因为每次都不一样。
(2)用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?
答：两点法：从理论上来说两点就可以确定参数，但是在实际测量中，测量点总是在基准线附近不停地波动，这样很可能会造成测量的不准确，但是两点法只需要测两个点的数据，相对切线法来说简单多了。
切线法：和两点法相比，切线法随机性小一点，可以近似地测量和计算出对象的特性参数，但是切线法需要侧大量的数据，用来近似地描绘出对象的特性曲线。
实验四、上水箱液位PID 整定实验
一、实验目的
1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2）、分析分别用P 、PI 和PID 调节时的过程图形曲线。 3）、定性地研究P 、PI 和PID 调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备
AE2000型过程控制实验装置， PC 机, DCS 控制系统，DCS 监控软件。 三、实验原理
图4-1为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用DCS 系统控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI ）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti 调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID ）调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分D 的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回PID 控制器
电动调节阀
上 水 箱
液位变送器
+
─
给定 液位
图4-1、实验原理图
扰动
路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图4-2中的曲线①、②、③所示。
图4-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
四、实验内容和步骤
1)设备的连接和检查：
(1)将AE2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以水泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀，关闭动力
支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
1）启动动力支路电源。
2）启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验四画面。
3) 在上位机软件界面用鼠标点击调出PID窗体框，用鼠标按下自动按钮，在“设定值”栏中输入设定的上水箱液位。
4) 比例调节控制
（1）设定给定值，调整P参数。
（2）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
（3）、减小P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
（4）、增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
（5）、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定
值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。
(6)、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
5) 比例积分调节器（PI）控制
(1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数不为0，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。
(2）、固定比例P值，改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。
表一、不同Ti时的超调量σp
积分时间常数Ti 大中小
超调量σp 0% 10% 50%
(3）、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值P下的超调量σp。
表二、不同δ值下的σp
比例P 大中小
超调量σp 50% 33% 20%
(4）、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。
6) 比例积分微分调节（PID）控制
(1)、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D 参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。
(2)、选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从50%突变至60%来实现）。
(3)、在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。
五、实验报告要求
1）、作出P调节器控制时，不同P值下的阶跃响应曲线。
当P为30%时的阶跃响应曲线：
当P为40%的阶跃响应曲线：
当P为50%的阶跃响应曲线：
2）、作出PI调节器控制时，不同P和Ti值时的阶跃响应曲线。当P为20%、I为0.05的阶跃响应曲线：
当P为30%、I为0.05的阶跃响应曲线：
当P为40%、I为0.05的阶跃响应曲线：
3）、比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。
答：（1）从动态响应来说PID调节器由于有D的作用响应最快，调节时间最短，然后是PI调节器，P调节器由于无超调量虽然响应曲线波动不大但响应最慢。
（2）从无差度来说，PI与PID调节器由于有I的作用所以无静差，而P有静差。六、思考题
1）、试定性地分析三种调节器的参数P、（P、Ti）和（P、Ti和T d）的变化对控制过程各产生什么影响？
答：P调节器：
P与稳态误差有关，P越大稳态误差越小，但是P不能消除稳态误差，P越大响应越快，甚至有可能使系统震荡。
PI调节器：
I可以消除稳态误差，但是I太小了，会使系统的震荡增加，甚至使系统变得不稳定，I会减慢系统的调节过程，同样的P与PI调节器，当参数P的值相同时，PI调节时间要更长一点，所以要适当的选择参数P与I的值。
PID调节器：
D会加快系统的动态响应，减小调节时间，但是对于容量之后不大的系统积分作用不明显，而且当D作用很强时，会使系统震荡活不稳定。由于有I的作用所以稳态误差为0。
2）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？
答：适当的加入积分作用可以消除误差，增大比例系数也可以减小误差。但是纯比例控制不能消除误差。
实验十、上水箱下水箱液位串级控制实验
一、实验目的
(1)掌握串级控制系统的基本概念和组成。
(2)掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
(3)研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。
一、实验设备
AE2000型过程控制实验装置， PC机， DCS控制系统，DCS监控软件。
三、实验原理
上水箱液位作为副调节器调节对象，下水箱液位做为主调节器调节对象。控制框图如图10-1所示：
10-1、上水箱下水箱液位串级控制框图
1、串级控制系统的组成
图10-1为液位串级控制系统。这种系统具有2个调节器、2 个闭合回路和两个执行对象。2个调节器分别设置在主、副回路中，设在主回路的调节器称主调节器，设在副回路的调节器称为副调节器。两个调节器串联连接，主调节器的输出作为副回路的给定量，主、副调节器的输出分别去控制二个执行元件。主对象的输出为系统的被控制量锅炉夹套温度，副对象的输出是一个辅助控制变量。
2、串级系统的抗干扰能力
串级系统由于增加了副回路，对于进入副环内的干扰具有很强的抑制作用，因此作用于副环的干扰对主被控量的影响就比较小。系统的主回路是定值控制，而副回环是一个随动控制。在设计串级控制系统时，要求系统副对象的时间常数要远小于主对象。此外，为了指示系统的控制精度，一般主调节器设计成PI或PID调节器，而副调节器一般设计为比例P控
过程控制系统实验报告材料(最新版)
实验一、单容水箱特性的测试 一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1)
动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。 式(5)就是单容水箱的传递函数。 对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)
式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得 的传递函数为： 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。
过程控制实验报告
过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900３21 2015年１0月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:
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实验时间：5月25号 序号： 杭州电子科技大学 自动化学院实验报告 课程名称：自动化仪表与过程控制 实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验 实验名称：上水箱液位PID整定实验 实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验 指导教师：尚群立 学生姓名：俞超栋 学生学号：09061821
实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的 （1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二．实验设备 AE2000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： Q2 图1-1、单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀
h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞) 0 T V 2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为： 当t=T 时，则有： h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e -t/T ) 当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T ，该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线 图 1-2、 阶跃响应曲线
计算机过程控制实验报告
计算机过程控制实验报告
实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过负载阀R 来改变。被调量为水位H 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ， 其中，F 是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。 公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 0 2= 就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： ) 1()(0 += TS S KR S G 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、实验步骤： 1) 在现场系统A3000-FS 上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有 一定开度，其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪 输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源，调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。 给定值 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验
浙工大过程控制实验报告
实验一：系统认识及对象特性测试 一 实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。 二 实验内容 1 熟悉用MCGS 组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。 三 实验设备 1 AE2000B 型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。 四 实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h ，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C ，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP ，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h 。电动调节阀的开度op 通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA 的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型 有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op ，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op 为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op 的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增量表达的是，用输出测量值数据做阶跃响应曲线，应减去原来的正常输出值。 五、实验步骤 A 、熟悉用MCGS 组态的智能仪表过程控制系统 1、设备的连接和检查
操作系统实验心得(精选多篇)
操作系统实验心得 每一次课程设计度让我学到了在平时课堂不可能学到的东西。所以我对每一次课程设计的机会都非常珍惜。不一定我的课程设计能够完成得有多么完美，但是我总是很投入的去研究去学习。所以在这两周的课设中，熬了2个通宵，生物钟也严重错乱了。但是每完成一个任务我都兴奋不已。一开始任务是任务，到后面任务就成了自己的作品了。总体而言我的课设算是达到了老师的基本要求。总结一下有以下体会。 1、网络真的很强大，用在学习上将是一个非常高效的助手。几乎所有的资料都能够在网上找到。从linux虚拟机的安装，到linux的各种基本命令操作，再到gtk的图形函数，最后到文件系统的详细解析。这些都能在网上找到。也因为这样，整个课程设计下来，我浏览的相关网页已经超过了100个（不完全统计）。当然网上的东西很乱很杂，自己要能够学会筛选。不能决定对或错的，有个很简单的方法就是去尝试。就拿第二个实验来说，编译内核有很多项小操作，这些小操作错了一项就可能会导致编译的失败，而这又是非常要花时间的，我用的虚拟机，编译一次接近3小时。所以要非常的谨慎，尽量少出差错，节省时间。多找个几个参照资料，相互比较，慢慢研究，最后才能事半功倍。 2、同学间的讨论，这是很重要的。老师毕竟比较忙。对于课程设计最大的讨论伴侣应该是同学了。能和学长学姐讨论当然再好不过了，没有这个机会的话，和自己班上同学讨论也是能够受益匪浅的。
大家都在研究同样的问题，讨论起来，更能够把思路理清楚，相互帮助，可以大大提高效率。 3、敢于攻坚，越是难的问题，越是要有挑战的心理。这样就能够达到废寝忘食的境界。当然这也是不提倡熬夜的，毕竟有了精力才能够打持久战。但是做课设一定要有状态，能够在吃饭，睡觉，上厕所都想着要解决的问题，这样你不成功都难。 4、最好在做课设的过程中能够有记录的习惯，这样在写实验报告时能够比较完整的回忆起中间遇到的各种问题。比如当时我遇到我以前从未遇到的段错误的问题，让我都不知道从何下手。在经过大量的资料查阅之后，我对段错误有了一定的了解，并且能够用相应的办法来解决。 在编程中以下几类做法容易导致段错误,基本是是错误地使用指针引起的 1)访问系统数据区，尤其是往系统保护的内存地址写数据，最常见就是给一个指针以0地址 2)内存越界(数组越界，变量类型不一致等) 访问到不属于你的内存区域 3）其他 例如： <1>定义了指针后记得初始化，在使用的时候记得判断是否为 null <2>在使用数组的时候是否被初始化，数组下标是否越界，数组元素是否存在等 <3>在变量处理的时候变量的格式控制是否合理等
过程控制实验报告
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制实验 实验名称：水箱液位控制系统 院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩：审阅教师：
目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)
一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器： 功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器： 型号15WZ-10，单相电容运转马达 最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V， 电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计： 口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V， 标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC
过程控制系统实验报告
实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉：锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度定值实验时，可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器：采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道：整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 （液位）差压变送器：检测上、下二个水箱的液位。其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0～1.6KPa，精度：0.5。输出信号：4～20mA DC。 涡轮流量传感器：测量电动调节阀支路的水流量。其型号：LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4～20mA DC 温度传感器：本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器，可将温度信号转换为4～20mA DC电流信号。 （气体）扩散硅压力变送器：用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号：DBYG-4000A/ST2X1，测量范围：0.6～3.5Mpa连续可调，精度：0.2，输出信号为4～20mA DC。 3、执行机构 电气转换器：型号为QZD-1000，输入信号为4～20mA DC，输出信号：20～100Ka气压信号，输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀：用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP－100，输入信号为4～20mA DC或0～5V DC，反馈信号为4～20mA DC。气源信号 压力：20~100Kpa，流通能力：0.0032。阀门控制精度：0.1％～0.3％，环境温度：－4～＋200℃。 SCR移相调压模块：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号0～5V DC或4～20mA DC 或10K电位器，输出电压变化范围：0～220V AC，用来控制电加热管加热。 水泵：型号为UPA90，流量为30升／分，扬程为8米，功率为180W。
杭电操作系统实验报告模板
操作系统课程设计报告 基于DOS的多任务系统的实现 专业：信息工程学院（软件工程） 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 20101223
一、课程设计的目的 1. 加深多线程和进程概念的理解，明确进程和程序的区别。 2. 加深对CPU调度过程（现场保护、CPU的分派和现场恢复）的理解。 3. 进一步认识并发执行的概念，明确顺序执行和并发执行的区别。 4. 加深对临界资源，临界区，信号量以及同步机制的理解。 5. 加深对消息缓冲通信的理解。 二、课程设计要求 1. 用C语言完成线程的创建和撤消，并按优先权加时间片轮转算法对多个线程进行调度； 2. 改变时间片的大小，观察结果的变化。思考：为什么时间片不能太小或太大； 3. 假设两个线程共用同一软件资源（如某一变量，或某一数据结构），请用记录型信号量来实现对它的互 斥访问； 4. 假设有两个线程共享一个可存放5个整数的缓冲，一线程不停的计算1到50的平方，并将结果放入缓冲 中，另一个线程不断的从缓冲中取出结果，并将他们打印出来，请用记录型信号量实现这一生产者和消费者的同步问题； 5. 实现消息缓冲通信，并于3，4中的简单通信进行比较； 6. 思考：在线程间进行消息缓冲通信时，若对消息队列的访问没有满足互斥要求，情况会怎么样？ 三、程序的设计细想和框图[根据自己的代码写] 1．调度算法：用TCB数组下标音隐含把所有线程排成一个循环队列，当时间片到时，有线程正在执行，则停止它，将其变为就绪，把现场信息压入私有栈堆。 2．调度原因：时间片到时，线程执行完毕，正在执行的线程等待某种事件而不能继续执行。 3．时钟中断的截取
过程控制工程实验报告
成绩________ 过程控制工程 实验报告 班级：自动化10-2 姓名: 曾鑫 学号：10034080239 指导老师：康珏
实验一液位对象特性测试(计算机控制)实验 一、实验目的 通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法，测量时应注意的问题，对象模型参数的求取方法。 二、实验项目 1.认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。 2.测试上水箱的对象特性。 三、实验设备与仪器 1.水泵Ⅰ 2.变频器 3.压力变送器 4.主回路调节阀
m in y ?——被测量的变化量 m ax y ——被测量的上限值 m in y ——被测量的下限值 2) 一阶对象传递函数 s e s T K G τ-+= 1 00 K ——广义对象放大倍数（用前面公式求得） 0T ——广义对象时间常数(为阶跃响应变化到新稳态值的63.2%所需要的时间) τ——广义对象时滞时间(即响应的纯滞后，直接从图测量出) 五、注意事项 1． 测量前要使系统处于平衡状态下，反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的 瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算出纯滞后时间τ。测量与记录工作必须 2． 所加扰动应是额定值的10%左右。 六、实验说明及操作步骤
1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。 2.将上水箱特性测试（计算机控制）所用实验设备，参照流程图和系统框图接好实验线路。 3.确认接线无误后，接通电源。 4.运行组态王，在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验” 阶液位对象。 按钮观察输出曲线。 6.在 会影响系统稳定所需的时间）。 7.改变u（k）输出，给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间)，使系统的输出信号产生变化，上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。 8.观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。 9.改变u（k）输出，给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号，使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。 10. 为止。 11.曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格2-1。 七、实验报告
《过程控制系统》实验报告
《过程控制系统》实验报告 学院：电气学院 专业：自动化 班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3
实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。 三、 实验原理 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关
系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函 数如式（2-5）所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间
过程控制系统实验报告
《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月
过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。
2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。
杭电通信系统课程设计报告实验报告
通信系统课程设计实验报告 XX：田昕煜 学号：13081405 班级：通信四班 班级号：13083414 基于FSK调制的PC机通信电路设计
一、目的、容与要求 目的: 掌握用FSK调制和解调实现数据通信的方法,掌握FSK调制和解调电路中相关模块的设计方法。初步体验从事通信产品研发的过程. 课程设计任务：设计并制作能实现全双工FSK调制解调器电路，掌握用Orcad Pspice、Protel99se进行系统设计及电路仿真。 要求：合理设计各个电路，尽量使仿真时的频率响应和其他参数达到设计要求。尽量选择符合标称值的元器件构成电路，正确完成电路调试。 二、总体方案设计 信号调制过程如下： 调制数据由信号发生器产生（电平为TTL，波特率不超过9600Baud），送入电平/幅度调整电路完成电平的变换，再经过锁相环（CD4046）,产生两个频率信号分别为30kHz和40kHz（发“1”时产生30kHz方波，发“0”时产生40kHz方波），再经过低通滤波器2，变成平滑的正弦波，最后通过线圈实现单端到差分信号的转换。
信号的解调过程如下： 首先经过带通滤波器1，滤除带外噪声，实现信号的提取。在本设计中FSK 信号的解调方式是过零检测法。所以还要经过比较器使正弦信号变成方波，再经过微分、整流电路和低通滤波器1实现信号的解调，最后经过比较器使解调信号成为TTL电平。在示波器上会看到接收数据和发送数据是一致的。 各主要电路模块作用： 电平/幅度调整电路：完成TTL电平到VCO控制电压的调整； VCO电路：在控制电压作用下，产生30KHz和40KHz方波； 低通2：把30KHz、40KHz方波滤成正弦波； 线圈：完成单端信号和差分信号的相互转换； 带通1：对带外信号抑制，完成带信号的提取； 限放电路：正弦波整形成方波，同时保留了过零点的信息； 微分、整流、脉冲形成电路：完成信号过零点的提取； 低通1：提取基带信号，实现初步解调； 比较器：把初步解调后的信号转换成TTL电平 三、单元电路设计原理与仿真分析 (1)带通1(4阶带通)-- 接收滤波器（对带外信号抑制，完成带信号的提取） 要求通带：26KHz—46KHz，通带波动3dB； 阻带截止频率：fc＝75KHz时，要求衰减大于10dB。经分析，二级四阶巴特沃斯带通滤波器来提取信号。 具体数值和电路见图1仿真结果见图2。
杭电自动化短学期实验报告-控制系统仿真-2013
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级10062813 学号10061314 学生姓名陆维俊 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月6日
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真 1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 锅炉汽水系统图 在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分
别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1) K H S G S W S s T s ==+ （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
操作系统实验实验总结实验报告
8.1 实验的基本内容 (1) 本学期完成的操作系统实验主要有（根据实际完成的实验情况填写）： 1) 实验1.1 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2) 实验1.2 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3) 实验2.1 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 4) 实验2.2 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 5) 实验2.3 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 6) 实验3.1 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 7) 实验3.2 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 8) 实验4.1 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 9) 实验4.2 主要内容：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 10) 实验4.3 主要内容：_______________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 11) 实验5.1 主要内容：_______________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 12) 实验5.2 主要内容：_______________________________________________ ________________________________________________________________________ 实验8 实验总结
浙工大过程控制实验报告
浙工大过程控制实验报告 202103120423徐天宇过程控制系统实验报告 实验一：系统认识及对象特性测试 一实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。二实验内容 1 熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。三实验设备 1 AE2000B型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。四实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h。电动调节阀的开度op通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增
过程控制实验报告8
实验报告 课程名称：过程控制 实验名称：单回路控制系统的参数整定专业：自动化专业 姓名： 学号： 2013 /2014 学年第 2 学期
实验一单回路控制系统的参数整定 2014年4月28日 一、实验要求 1、了解调节器特性的实验测试方法； 2、掌握依据飞升特性曲线求取对象动态特性参数和调节器参数的方法； 3、熟悉单回路控制系统的工程整定方法。 二、实验内容 测得某工业过程的单位阶跃响应数据，如附表所示；单位阶跃响应曲线，如图1所示： 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 t/s y ( t ) 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 t/s y ( t ) 图1 单位阶跃响应曲线 1、试用高阶传递函数描述该过程的动态特性； G(s)=K/(Ts+1) 2=1.25/(25.9s+1) 2*e^-10s 2、在Simulink中搭建解算出的被控对象单回路控制系统； 3、采用稳定边界法整定调节器参数，并给出P、PI、PID三种调节器的控制曲线； Kp=5,Pm=1/Kp=0.2时，等幅振荡，Tm80。
P: 2Pm=0.4 PI: 2.2Pm=0.44 0.85Tm=68 PID: 1.7Pm=0.34 0.5Tm=40 0.125Tm=10 三种调节器的控制曲线：
4、比较、分析实验结果 P调节器稳态产生了静差；PI调节器相对P调节器稳态无静差，但是调节时间延长；PID 调节器相对前两者无论上升时间还是调节时间都变短了，稳态也无静差。
实验报告 课程名称：过程控制 实验名称：串级控制系统专业：自动化专业 姓名： 学号： 2013 /2014 学年第 2 学期