1-7 自动调节系统实验 AutomaticControl System Testing
一,实验目的 掌握P, PID调节器的作用效果, PI, 观察在干扰作用下, 调节器的输出响应, 了解Kp ,
Ki,Kd 三个整定参数对调节器动特性的影响.比较PID与P 调节器,PI调节器控制效果的
差异,并分析造成这种差异的原因. 二,实验装置 本实验装置为风机盘管自控实验台.该实验台是一个完整的自动控制系统,装置及其示 意图如下图所示.其中调节对象是盘管出口通道内的气流,被调参数是空气温度,传感器是 铂电阻, 被置于通道的中部, 测量气流的温度值. 控制器是由单片机来实现不同的控制模式. 执行器是加热器的开关控制,通过测量占空比(采样周期内加热器停止加热时间/设定采样 周期时间)来调节风机盘管的进水温度,从而达到改变出风温度的目的.
图1 实验装置系统图
图2 实验系统原理图
三, 实验原理 调节器参数进行工程整定工作的目的就是恰当选择比例带δ,积分时间常数Ti和微分时 间常数Td,以获得符合工艺要求的调节过程. P,PI,PID三种调节器对应的传递函数为: P:G(s)=KP PI: G ( s ) = Kp 1+
è
1 ÷ TiS 1 + TdS÷ TiS
PID: G ( s ) = K p 1 +
è
本实验采用反应曲线法整定调节的参数, 即测定对象的动态特性, 根据飞升对象的特性定出 代表对象动态特性的参数,直接按照这些数据定出调节的最佳整定参数. 用反应曲线法求调节器参数
调节品质要求 振幅衰减比
调节规律
调节器参数 δ
Ti
Td
P PI PID
K t T
1.1 K t T 0.85 K t T 3.33τ 2τ 0.5τ
对应于本实验所使用的仪器装置,输入参数分别为Kp,Ki,Kd 具体公式如下: kp = 1 d ; /
k = k
i
p
T ,T为采样周期,取1s; T
i
kd = kp
T d ,T为采样周期,取1s. T
图3 各种调节器作用下,调节参数变化过程的比较 四,实验步骤 (1) 在"自动强关"状态下,设定模式为比例调节器P模式,输入求得的Kp值,采样周期 为 1s.按下"手动风机"和"手动水泵" ,待一段时间被控温度稳定后,弹出"自动强 关" ,进入P模式下的自动控制状态,记下实验开始的时间. (2) 观察温度变化曲线,待曲线出现一个23分钟时间的稳定后,可认为温度基本稳 定, 按下"自动强关" ,记下此时时间,实验结束. (3)从数据库中调出 outvalue 值和时间数据并作曲线图,观察曲线所表示的占空比的 变化,并比较所得曲线与理论曲线的异同. (4)在比例调节器P模式,分别增大Kp和减小Kp值,重复上述步骤,确定所计算出的原 始Kp值是否满足理想调节状态,即调节系统的衰减比达到 4:1.根据实验结果确定一个合
理的Kp1值 (5) 在"自动强关"状态下,设定模式为比例,积分调节器PI 模式,输入Kp1 1.1 以及对应 的K ,采样周期为 1s.按下"手动风机"和"手动水泵" ,待一段时间被控温度稳定后, i 弹出"自动强关" ,进入PI 模式下的自动控制状态,记下实验开始的时间.重复步骤(2) , (3) . (6)分别增大K 和减小K ,重复步骤(2)(3) , ,观察积分时间常数改变对调节参数的影 i i 响. (7)在"自动强关"状态下,设定模式为比例,积分微分调节(PID)模式,设定温度 比室温高2—3℃,输入求得的Kp,Ki,Kd 值,采样周期为1s.按下"手动风机"和"手 动水泵" ,待一段时间被控温度稳定后,弹出"自动强关" ,进入 PID 模式下的自动控制状 态,记下实验开始的时间. (8)在比例,积分微分调节(PID)模式下,输入Kp1 0.85,分别增大和减小K 值,重 i 复实验步骤(2)和(3) ,确定合理的比例,积分微分调节(PID)模式下的Kp,Ki,Kd . (9)最后将P,PI,PID模式下各自的反应曲线画在一个坐标系下,比较各种控制模 式的效果有何差异,并分析之. 五,实验要求 1. 了解 P,I,D 三种调节方式的特性,并能根据对象的特性,正确选用调节规律,恰当 地选择调节器参数,以获得较好的调节效果. 2. 本实验必修实验;重点是实验获得自动控制过程曲线,难点是具体分析影响控制过程 的因素;改变Kp,Ki,Kd 时,要考虑自动控制系统的安全性. 3. 实验安排方式:实验开放,同时可安排实验4组,每组3～4人. 六, 实验报告要求 1. 实验原理. 2. 实验装置简图,实验方案和测试方法. 3. 测试记录及计算结果. 4. 对实验结果的分析. 5. 说明自己通过本实验所发现的问题,解决的问题和未能解决的问题. 6. 写出自己的收获和体会. 七, 实验思考题 1. 采用P,PI 和PID三种调节作用模式下,选择 d 时,为何PI 模式下比例带要比单纯P模 式下比例带增加,而采用PID模式情况,比例带要比单纯P模式下的比例带小 2.比较P,PI 和PID三种调节作用模式的特点,并分析其适用的范围 针对目前空调制冷

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