工厂实习

产 实 习 报

专 业： 电气自动化（2）班 姓 名： 谢生财 学 号： 1040632227 指导老师： 胡 开 明

日期：二0一二年十一月十三号

告

生

一、实习目的：

此次生产实习是我们电气自动化专业的一次综合性设计实习，需计算机软件仿真，设计自动控制系统，熟悉用各种方法整定参数，完成控制器的理论设计。

二、设计要求

1、 完成给定题目中，要求完成硬件电路设计，设计软件程序及其控制算法，能调试运行，并能仿真运行。

2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与训练无关的空话，若违规，则酌情扣分。

3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。

三、设计方法

1、 PID参数整定 PID控制器G(s)U(s)11KP(1Tds)，kp，PID控制器其实就是E(s)Tis确定PID的参数的过程。

1）ZN法整定

KeLs若对象可以看成是，则可以按下表整定其控制参数。

Ts1表1 Ziergler-Nichols法整定控制器参数

控制器类型 P PI PID 2）临界比例度法

在闭合系统中，将控制器置于纯比例作用，从大到小改变控制器的比力度，得到等幅振荡的过度过程，此时的比例度成为临界比例度k，相邻两个波峰间的时间间隔称为临界振荡周期Tk。根据该数字可以整定PID的参数如表2所示。

表2 临界比度法整定控制器参数 比例度/% T积分时间Ti  L 0.32.2L 微分时间 0 0 KLKL KL 0.9T1.2T0.5L

3）衰减曲线法

先把控制系统中的控制器参数置成纯比例作用，使系统运行，在把比例度从大逐渐调小，直到出现4:1衰减过程曲线,记下此时=s，两个波峰时间间隔Ts。

表3 衰减曲线法整定控制器参数

控制器类型 P PI 比例度 积分时间Ti 微分时间 0 0 s 1.2s 0.8s  0.5Ts PID 0.3Ts 0.Ts 2、 串级控制研究 a 方法

串级控制是自动控制中重要的控制方式，对于串级控制的参数整定是控制策略能否达到理想效果的重要途径。一般对于过程控制而言，主控制器选择PI或者PID，副控一般选择P控制，在流量作为副控是选择PI控制。

整定过程：主回路开路，按照单回路方法整定副控；主回路闭环，按照已整定的副控制器下整定主控制器；在主回路闭合的情况下，重新整定副控制器参数；在副控制器的基础上，再重新整定主控制器。

四、设计内容

1.双容水箱串级控制系统的设计

要求：完成双容水箱控制系统的性能指标：超调量<30%,调节时间<30s,扰动作用下系统的性能较单闭环系统有较大的改进。

1.） 分析控制系统的结构特点设计合理的控制系统设计方案； 2.）建立控制系统的数学模型，完成系统的控制结构框图； 3）.完成控制系统的主副控制器的控制算法策略的选择(PID)，并整定相应的控制参数；

4）完成系统的MATLAB仿真，验证控制算法的选择，并要求达到系统的控制要求，完成系统的理论的设计。

题目：以THJ-2型过程控制实验对象测得的实验数据为：上水箱直径为25cm，高度为20cm,当电动阀输出的开度为50时，得水泵流量为Q=4.3186L/min,水箱自平衡时的液位高度为10.4cm,说明给定的频率阶跃信号适当，不会使系统动态特性的非线性因素增大，更不会引起系统输出出现超调量的情况，在开度为50时下水箱的液位随时间变化值如下表：

T/min H/cm T/min H/cm 0 0 10 10.16 1 0.67 11 10.40 2 4.76 12 10.50 3 5.96 13 10.63 4 7.63 14 10.72 5 8.30 15 10.76 6 8.83 16 10.83 7 9.39 17 10. 8 9.83 18 10. 9 10.05 19 10.

下水箱直径为35cm，高度为20cm,当电动阀开度为40时， 得水泵流量为Q=2.60L/min,水箱自平衡时的液位高度为10.838cm,同样说明给定的频率阶跃信号适当，在开度为40时时上水箱的液位随时间变化值如下表：

T/min H/cm T/min H/cm T/min H/cm 0 0 8.37 7.03 17.37 9.83 0.37 1.17 9.37 7.54 18.37 10.10 1.37 2.16 10.37 7.83 19.37 10.36 2.37 3.16 11.37 8.36 20.37 10.50 3.37 3.83 12.37 8.50 21.37 10.84 4.37 5.17 13.37 9.03 22.37 10.84 5.37 5.30 14.37 9.17 23.37 10.84 6.37 5.83 15.37 9.50 24.37 10.84 7.37 6.50 16.37 9.76 25.37 10.84

经过数据处理可以得到：主控下水箱对象传递函数

H2(s)K2135.9G下(s)

Q1(s)Ts14.17s1 副控上水箱对象模型为：G上(s)整定框图如下：

H1(s)Qi(s)K1513.0 Ts1219.34s1

输出曲线：

2.基于数字控制的双闭环直流电机调速系统设计

要求：完成双闭环的直流电机调速系统的微机控制设计，超调量<30%，调节时间<0.5s，稳态无静差。

1）分析控制的结构特点设计合理的控制系统的控制方案； 2）选择合适的检测与执行元件和控制器，完成控制系统的硬件结构设计；

3）建立系统的各控制参数的数学模型；

4）分别完成转速和电流控制系统的控制算法的选择和参数的整定，完成系统设计；

5）完成系统的MATLAB仿真，验证控制算法的选择，并要求达到系统的控制要求，完成系统的理论的设计。

题目：设直流电机Pnom10kW，Unom220V，Inom53.5A，nnom1500r/min，电枢电阻Ra0.31，V-M系统的主电路总电阻R0.4，电枢电路的电磁时间常数Ta0.012s8，机电时间常数Tm0.042s，测速反馈系数

kt0.006v7/rpm,系统的电流反馈系数ki0.72v/A，触发整流装置的放大

系数Ks=30，三相平均失控时间Ts=0.00167s，电流滤波时间常数Toi=0.002s，转速环滤波时间常数Ton=0.01s。

直流电机双闭环调速系统： 模型框图：

输出：

临界比例度法：

输出：

输出：

输出：

衰减曲线法：

输出：

输出：

五、实习总结

通过本次生产实习，了解了PID参数的整定方法，能够运用MATLAB软件进行仿真整定实验，加深了对课本理论学习的理解。