三电磁流量计流量PID整定实验

一、实验目的

1）、了解电磁流量计的结构及其使用方法。 2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。

3）、试比较电磁流量计和涡轮流量计之间的不同之处。 二、实验设备

1）、HIEE3000-2型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。

2）、万用表一只 三、实验原理

流量单回路控制系统：

图4-34、流量控制系统

四、实验内容与步骤

1、利用实验装置,信号接口面板上电磁流量计的测量信号组成图4-34所示的单回路流量控制系统。接法如下：

图4-35、实验接线图

1）、先将电磁流量计的+端（正极）接至智能调节仪的1端（即RSV的正极），将电磁流量计的-端（负极）接至智能调节仪的2端（即RSV的负极）。

2）、再将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即+极）接至变频器的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即-极）接至变频器的4~20mA输入端的-（即负极）。

3）、最后把变频器的公共端（SD）、切换（RH）和正转（STF） 2、启动实验装置

1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。 2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。

3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。 4）、开启单相，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的零位。

（一）、比例调节器（P）控制

1）、打开阀25、阀10、阀11、阀12、阀13。

2）、把调节器置于“手动”状态，积分时间常数为零，微分时间常数为零，根据仪表使用说明设定比例P，设置相关的参数，使调节器工作在比例调节上。

3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统，在开环状态下，利用调节器的手动操作按钮把被调量管道的流量调到给定值（一般把流量控制在流量量程的50%处）。

4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验,如图4-36所示：

图4-36、实验软件界面

5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。 表九、不同值时的余差和超调量

P ess σp 大 中 小 6）、记录软件中的实时曲线的过程数据，作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。

（二）、比例积分调节器（PI）控制

1）、在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I”（积分）设置为一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统的阶跃扰动无余差产生。

2）、固定比例P值（中等大小），然后改变调节器的积分时间常数I值，观察加入阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同I值时的超调量σp。

表十、不同Ti值时的超调量σp

积分时间常数I 超调量σp 大 中 小 3）、固定I于某一中等大小的值，然后改变比例P的大小，观察加阶跃扰动后被调量的动态波形，并列表记录不同值的超调量。

表十一、不同P值下的超调量σp

比例P 超调量σp 大 中 小 4）、选择合适的P和I值，使系统对阶跃输入（包括阶跃扰动）的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值(如把设定值由50%变为60%)来获得。

（三）、用临界比例度法整定调节器的参数

在实际应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定，具体的做法是：

1）、待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度δ，并且每当减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，然后观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈等幅振荡为止，如果响应曲线出现发散，则表示比例度调得过小，应适当增大，使被调量变为等幅振荡。如图4-37所示。

图4-37、具有周期TK的等幅振荡

图4-38、具有比例调节器的闭环系统

2）、使系统作等幅振荡的比例度δ称为临界比例度，用δk表示之，相应的振荡周期就是临界振荡周期Tk。按下表可确定PID调节器的三个参数δ、Ti和Td。

表十二、用临界比例度δk整定PID调节器的参数

调节器参数 调节器名称 P PI PID 2δk 2.2δk 1.6δk Tk/1.2 0.5Tk 0.125Tk δ Ti(S) Td(S) 3）、必须指出，表中给出的参数仅是对调节器参数的一个初步调整，系统的性能仍有可能不够理想。对此，应在这个基础上，对参数作进一步调整。 五、实验报告

1）、画出流量控制系统的实验线路图。

2）、用临界比例度法整定P、PI调节器的参数，并分别列出系统在这两种调节器控制下的余差和超调量。

3）、作出P调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。 4）、作出PI调节器控制时，不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线。 六、注意事项

1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。 2）、在老师的指导下进行实验。 七、思考题

1）、从理论上分析调节器参数(δ、Ti)的变化对控制过程产生什么影响？ 2）、消除系统的余差为什么采用PI调节器，而不采用纯积分器？