过程控制工程实验报告

实验报告课程名称：过程控制系统实验项目名称：被控对象特性测试实验日期与时间： 2022.07 指导教师：班级：姓名：学号：成绩：一、实验目的要求1．了解控制对象特性的基本形式。

2．掌握实验测试对象特性的方法，并求取对象特性参数二、实验内容本节实验内容主要完成测试对象特性，包含以下两部分内容：1．被控对象特性的实验测定本实验采用飞升曲线法（阶跃向应曲线法）测取对象的动特性。

飞升曲线是指输入为阶跃信号时的输出量变化的曲线。

实验时，系统处于开环状态，被控对象在某一状态下稳定一段时间后，输入一阶跃信号，使被控对象达到另一个稳定状态，得到被控对象的飞升曲线。

在实验时应注意以下的一些问题：1）测试前系统应处于正常工作状态，也就是说系统应该是平衡的。

采取一切措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。

2）在测试工作中要特别注意工作点与阶跃幅度的选取。

作为测试对象特性的工作点，应该选择正常工作状态，也就是在额定负荷及正常的其他干扰下，因为整个控制过程将在此工作点附近进行。

阶跃作用的取值范围为其额定值的 5－10%。

如果取值太小，由于测量误差及其它干扰的影响，会使实验结果不够准确。

如果取值过大，则非线性影响将扭曲实验结果。

不能获得应有的反应曲线，同时还将使生产长期处于不正常的工作状态，特别是有进入危险区域的可能性，这是生产所不能允许的。

3）实验时，必须特别注意的是，应准确地记录加入阶跃作用的计时起点，注意被调量离开起始点时的情况，以便计算对象滞后的大小，这对以后整定控制器参数具有重要的意义。

4）每次实验应在相同的条件下进行两次以上，如果能够重合才算合格。

为了校验线性，宜作正负两种阶跃进行比较。

也可作不同阶跃量的实验。

2．飞升曲线数据处理在飞升曲线测得以后，可以用多种方法来计算出所测对象的微分方程式，数据处理方法有面积法、图解法、近似法等。

面积法较复杂，计算工作量较大。

近似法误差较大，图解法较方便，误差比近似法小。

过程控制实验实验报告班级:自动化1202姓名：杨益伟学号:１２09００321２015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:常见的工业过程动态特性的类型有哪几种?通常的模型都有哪些?在Simul ｉnk 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线.答:常见的工业过程动态特性的类型有:无自平衡能力的单容对象特性、有自平衡能力的单容对象特性、有相互影响的多容对象的动态特性、无相互影响的多容对象的动态特性等。

通常的模型有一阶惯性模型，二阶模型等． 单容过程模型1、无自衡单容过程的阶跃响应实例已知两个无自衡单容过程的模型分别为s s G 5.01)(=和se ss G 55.01)(-=,试在Ｓｉｍuli ｎk 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。

Ｓｉmul ｉｎk 中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：2、自衡单容过程的阶跃响应实例已知两个自衡单容过程的模型分别为122)(+=s s G 和s e s s G 5122)(-+=,试在Simu ｌink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线.Simu ｌink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示:多容过程模型3、有相互影响的多容过程的阶跃响应实例已知有相互影响的多容过程的模型为121)(22++=Ts s T s G ξ,当参数1=T ， 2.1 ,1 ,3.0 ,0=ξ时，试在S ｉmulink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓｉｍu ｌin ｋ中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：4、无相互影响的多容过程的阶跃响应实例已知两个无相互影响的多容过程的模型为)1)(12(1)(++=s s s G (多容有自衡能力的对象）和)12(1)(+=s s s G (多容无自衡能力的对象）,试在Ｓimulink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。

在Simu ｌin ｋ中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：作业题目二:某二阶系统的模型为2() 224nG s s s n nϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ϖ两个参数。

控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。

实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。

本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。

2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。

通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。

在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。

3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。

具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。

4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。

使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。

常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。

4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。

通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。

4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。

在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。

4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。

常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。

5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。

过程控制工程实训报告学号：班别：姓名：实验一上水箱特性测试实验一、实验目的：了解调节器的功能和操作方法，学会使用调节器。

通过实验，了解对象特性曲线的测量的思路和方法，掌握对象模型参数的求取方法。

二、实验设备：水泵Ⅰ、变频器、压力变送器、调节器、主回路调节阀、上水箱、上水箱液位变送器、调节器、电流表。

图1.1实验接线图三、实验步骤：1、认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。

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。

本实验采用调节器手动输出控制调节阀，计算机采集并记录数据。

图1.2 上水箱特性测试（调节器控制）系统框图图1.3 恒压供水（调节器控制）系统框图2、将上水箱特性测试（调节器控制）实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。

3、确认接线无误后，接通总电源、各仪表的电源，打开上水箱进水阀和下水箱排水阀。

4、设置调节器参数，使用手动输出功能。

（注意：更改调节器参数时，严禁用指甲按调节器面板，为防止损坏面板上的按钮，应用手指均匀用力）按调节器的增/减键改变输出值，使上水箱的液位处于某一平衡位置，记下此时手动输出值。

5、按调节器的增/减键增加调节器手动输出，给系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大)，使系统的输出产生变化，在液位较高处达到新的平衡状态。

6、观察计算机采集的上水箱液位的阶跃响应和历史曲线。

7、调节器的手动输出回到原来的输出值，记录液位下降的曲线。

8、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1。

四、试验报告：根据试验结果编写实验报告，并计算出K、T、τ的平均值，写出系统的广义传递函数（等效成惯性环节，K为静态增益，T为时间常数，τ为延迟时间）。

实验二压力单闭环实验一、实验目的：通过实验掌握单回路控制系统的构成。

班级：082班座号：姓名成绩：
课程名称：过程控制工程实验项目：液位单闭环实验
一、实验目的：
通过实验掌握单回路控制系统的构成。

学生可自行设计，构成单回路单容液位，并采用临界比例度法、阶跃反应曲线法和整定单回路控制系统的PID参数，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用计算机进行PID参数的调整和自动控制的投运。

二、实验设备：
水泵、变频器、压力变送器、主回路调节阀、上水箱、上水箱液位变送器、牛顿模块（输入、输出）。

表4-13 阶跃反应曲线整定参数表
4、将计算所得的PID参数值置于计算机中。

5、使水泵Ⅰ在恒压供水状态下工作。

观察计算机上液位曲线的变化。

6、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。

7、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。

8、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果于表格4.12中。

五、试验报告：
根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。

控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告引言：控制工程是一门涉及自动化、电子、计算机等多个学科的交叉学科，其实验是培养学生动手能力和实践能力的重要环节。

本篇文章将以控制工程基础实验为主题，探讨实验的目的、过程和结果等方面。

实验目的：控制工程基础实验的目的是让学生通过实践了解控制系统的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力。

通过实验，学生可以掌握闭环控制系统的设计与调试技巧，加深对控制理论的理解。

实验内容：本次实验的内容是设计一个简单的温度控制系统。

系统由温度传感器、控制器和加热器组成。

温度传感器采集环境温度，控制器根据设定的温度值来控制加热器的工作状态，以维持温度在设定值附近。

实验步骤：1. 搭建实验平台：将温度传感器、控制器和加热器按照实验要求连接起来，确保电路正常工作。

2. 设计控制算法：根据控制系统的要求，设计合适的控制算法。

可以采用比例控制、积分控制或者PID控制等方法。

3. 参数调试：根据实验平台和控制算法的特点，调试控制器的参数，使系统能够快速、稳定地响应设定值的变化。

4. 实验数据采集：通过实验平台上的数据采集器，记录系统的输入和输出数据，以便后续分析和评估。

实验结果：经过实验，我们得到了一组温度控制系统的数据。

通过对这些数据的分析，我们可以评估系统的控制性能和稳定性。

在实验中，我们使用PID控制算法，经过参数调试，得到了较好的控制效果。

系统能够在设定值附近稳定工作，并且对设定值的变化能够快速响应。

实验总结：通过这次实验，我们深入了解了控制工程的基本原理和方法。

实践中遇到的问题和挑战，锻炼了我们的动手能力和解决问题的能力。

实验结果表明，合适的控制算法和参数调试是实现良好控制效果的关键。

控制工程实验的重要性不言而喻，它不仅是理论学习的延伸，更是培养学生实践能力的重要途径。

结语：控制工程基础实验是掌握控制工程理论和方法的重要环节。

通过实践，学生能够更好地理解和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。

热工过程控制工程实验报告专业班级：新能源1402班学生姓名：姜栽沙学号：1004140220中南大学能源学院2017年1月实验一热工过程控制系统认识与MCGS应用组号______ 同组成员李博、许克伟、成绩__________实验时间__________ 指导教师(签名)___________一、实验目的通过实验了解几种控制系统（基于智能仪表、基于计算机）的组成、工作原理、控制过程特点；了解计算机与智能仪表的通讯方式。

了解组态软件的功能和特点，熟悉MCGS组态软件实现自动控制系统的整个过程。

掌握MCGS组态软件提供的一些基本功能，如基本画面图素的绘制、动画连接的使用、控制程序的编写、构造实时数据库。

二、实验装置1、计算机一台2、MCGS组态软件一套3、对象：SK-1-9型管状电阻炉一台；测温热电偶一支（K型）。

4、AI818/宇电519/LU-906K智能调节仪组成的温控器一台。

5、THKGK-1型过程控制实验装置（含智能仪表、PLC、变频器、控制阀）一套6、CST4001-6H电阻炉检定炉（含电阻炉、温度控制器、测温元件、接口）一套7、电阻炉温度控制系统接线图和方框图如图1-1、1-2所示。

三、实验内容1、电阻炉温度控制系统（液位、流量、压力）被控过程: 电阻炉被控变量: 电阻炉温度操纵变量: 电阻炉的功率主要扰动：环境温度变化，电压值，电流值2、带检测控制点的流程图3、控制系统方框图4、控制系统中所用的仪表名称、型号（检测仪表、控制器、执行器、显示仪表）。

检测仪表：CST4001-6H电阻炉检定炉控制器：AI818/宇电519/LU-906K智能调节仪组成的温控器执行器：THKGK-1型过程控制实验装置（含智能仪表、PLC、变频器、控制阀）显示仪表：计算机5、智能仪表与计算机是怎样进行通讯？有哪几种方式？智能仪表与计算机通讯一般有三种方式，分别为USB接口，485接口，232接口，通过这些接口进行信号传输，计算机得以对仪表进行温控。

实验一 单容自衡水箱特性的测试一、实验目的1. a 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数。

二、实验设备1. A3000高级过程控制实验系统2. 计算机及相关软件 三、实验原理由图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，Q 2为流出水箱的流量。

手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。

根据物料平衡关系，在平衡状态时：0Q Q 2010=- （1） 动态时则有： dtdVQ Q 21=- （2） 式中V 为水箱的贮水容积，dtdV为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即：dtdhA dt dV = （3） A 为水箱的底面积。

把式（3）代入式（2）得：QV116V104V103h∆h QV105QV102P102LT103LICA 103FV101MQ 1Q 2图2.1单容水箱特性测试结构图图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线dtdhA=-21Q Q （4） 基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dtdhA R h Q S =-1，即：或写作：1)()(1+=TS Ks Q s H （5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。

式（5）就是单容水箱的传递函数。

若令SR s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： TS KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=⨯+= 对上式取拉氏反变换得： )e -(1KR h(t)t/T0-= （6）当∞→t 时0KR )h(=∞，因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入输出稳态值。

当t=T 时，则)h(KR )e-(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。

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。

课程名称：过程工程原理实验（乙）指导老师：金伟光成绩：__________________ 实验名称：筛板塔精馏操作及效率测定实验类型：工程实验同组学生姓名：张子宽、王浩、张宇、任欣、崔剑峰一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得筛板塔精馏操作及效率测定1实验目的1.1 了解板式塔的结构和流程，并掌握其操作方法；1.2 测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率。

2 实验装置2.1 精馏塔装置由塔釜、塔体、全凝器、加料系统、回流系统、贮槽（原料、产品、釜液）以及测量、控制仪表等组成。

装置流程如图1所示。

2.2 装置规格介绍：筛板精馏塔内径68mm，共7块塔板，其中精馏段5块，提馏段2块；精馏段塔板间距150mm，提馏段塔板间距180mm；筛孔孔径1.5m，正三角形排列，孔间距4.5mm，开孔数104个。

装置采用电加热，塔釜内有3支额定功率为3kW的螺旋管加热器。

3 实验原理3.1在板式精馏塔中，偏离平衡的汽液两相在塔板上进行传质、传热，当离开该板的汽、液两相组成平衡、温度相同时，则此板称为理论板。

实际操作中，由于塔板上的汽、液两相接触时间有限及相间返混等因素影响，使汽、液两相尚未达到平衡即离开塔板。

即一块实际塔板的分离效果达不到一块理论板的作用，因此精馏塔所需的实际板数比理论板数多。

3.2 全回流操作时的全塔效率ET的测定全塔效率（总板效率）E T（1）式中：—为完成一定分离任务所需的理论板数，包括蒸馏釜；—为完成一定分离任务所需的实际板数，本装置=7块。

在全回流操作中，操作线在x-y图上为对角线。

根据实验中所测定的塔顶组成x D、塔底组成x W（均为摩尔百分数）在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论板数。

图1.实验装置图过程工程原理实验（乙） 吴钰龙3精馏实验3.3 部分回流时全塔效率E T ’的测定 3.3.1 精馏段操作线方程为：（2）式中：R —回流比；x D —塔顶产品的组成，摩尔百分数。

实验报告课程名称：__过程工程原理实验（甲）I__ 指导老师：____ 成绩：__________ 实验名称：传热综合实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名：_______ 一、实验目的和内容 二、实验装置与流程示意图 三、实验的理论依据（实验原理） 四、注意事项 五、原始记录数据表 六、整理计算数据表 七、数据整理计算过程举例 八、实验结论 九、实验结果的分析和讨论 一、实验目的和内容 1、掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。

2、把测得的数据整理成n BRe =Nu 形势的准数方程，并与教材中相应公式进行比较。

3、了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。

二、实验装置与流程示意图本实验装置流程如图1由蒸汽发生器、孔板流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。

专业: _________ 姓名：_________ 学号：_________ 日期：_________ 地点： _________图1 竖管对流传热系数测定实验装置流程图表1 竖管对流传热系数测定实验装置流程图符号说明表空气进行换热交换，冷凝水经排出阀排入盛水装置。

空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。

注意：本实验中，普通和强化实验通过管路上的切换阀门进行切换。

三、实验的理论依据（实验原理）在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。

所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面（传热元件）进行热量交换。

本装置主要研究汽—气综合换热，包括普通管和加强管。

其中，水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸汽走紫铜管外，采用逆流换热。

所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。

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、综合性人材为出发点。

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辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。

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辟的平台。

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 三部份组成。

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。

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。

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，可用冷却循环水匡助散热。

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。

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。

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。

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。

LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC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。

单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。

5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。

被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。

为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。

三、实验主要仪器设备和材料1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。

（一）、智能仪表控制1．按照图3-5连接实验系统。

将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。

控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告院系名称：机电工程学院专业班级：机械09-3班学生姓名：王贺学号：2021041302指导教师：赵弘完成日期20XX年6月6日实验一典型环节及其阶跃响应实验目的1．学习构成典型环节的模拟电路。

2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。

3．学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

4．熟悉仿真分析软。

实验内容各典型环节的模拟电路如下：1.比例环节2.惯性环节3.积分环节4.微分环节改进微分环节5.比例微分环节实验步骤1．用Workbench连接好比例环节的电路图，将阶跃信号接入输入端，此时使用理想运放;2．用示波器观察输出端的阶跃响应曲线，测量有关参数;改变电路参数后，再重新测量,观察曲线的变化。

3．将运放改为实际元，如采用“LM741“,重复步骤2。

4．记录波形和数据。

5．仿真其它电路，重复步骤2，3，4。

实验总结通过这次实验，我对典型环节的模拟电路有了更加深刻的了解,也熟悉了各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响；熟悉仿真分析软。

这对以后的控制的学习有很大的帮助。

实验二二阶系统阶跃响应实验目的1．研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。

2．学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。

实验内容二阶系统模拟电路如图：思考：用电路参数表示ξ和ωn实验步骤1．在workbench下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号；2．取ωn=10rad/s,即令R=100K,C=1uf：分别取ξ=0，0.25,0.5,0.7,1,2,即取R1=100K,考虑R2应分别取何值，分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。

3．取ξ=0.5，即R1=R2=100K；ωn=100rad/s，即取R=100K，C=0.1uf，注意：两个电容同时改变，测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts。

控制工程,控制系统的时间响应分析实验报告实验目的：
1、了解控制系统的时间响应。

2、通过实验掌握一阶惯性环节和二阶惯性环节的时间常数对系统时间响应的影响。

3、通过实验掌握如何利用MATLAB软件绘制系统的单位阶跃响应曲线。

实验原理：
控制系统的时间响应分为三个阶段：静态过程、动态过程和稳态过程。

静态过程：是指从系统没有被激励时到系统开始响应的时间段。

此阶段的特点是系统的输出仍处于最初的状态，并且在此过程中系统输入信号的变化不会影响系统的输出。

稳态过程：是指在稳定状态下，系统的输出呈现出稳定的状态，此时系统输出的波动已经趋近于0。

一阶惯性环节：
当系统被激励时，一阶惯性环节的时间响应曲线通常呈现出下列形式：
y(t) = Kp(1-e^(-(t-Td)/τ))
y(t)表示t时刻系统的输出，Kp是系统的比例增益，Td表示系统的传递延迟时间，τ是传递恒量。

y(t) = Kp[1-2e^(-(ξω_n) t)cos(ω_n√(1-ξ^2)t)+e^(-(2ξω_n) t)]
实验步骤：
1、利用实验箱FT1218一阶惯性环节模块和二阶惯性环节模块搭建图示电路。

3、记录实验数据，并对单位阶跃响应曲线进行分析并作出梯形图。

实验结果：
Kp=2.0，τ=1.0，Td=0.0
单位阶跃响应曲线：
梯形图：
从实验中我们可以看出，在一阶惯性环节中，随着时间的增加，响应曲线逐渐接近1.0，趋于平稳，其响应速度较慢，响应波动较小。

在工程实际应用中，需要根据实际控制对象的特性，选择更合适的控制模型，以达到更好的控制效果。

过程控制虚拟仿真实验报告实验名称：过程控制虚拟仿真实验实验目的：1. 掌握过程控制系统的基本模型；2. 具备使用模拟软件进行过程控制系统仿真实验的能力；3. 了解过程控制系统在工业生产中的应用。

实验原理：过程控制系统是现代化工、制造业等领域中必不可少的重要系统。

它是一种涉及多种工程学科的复杂系统，其基本功能是对工业生产过程中的各种参数进行监测、数据采集、控制和调节，实现对产品质量、生产效率、成本等方面的控制。

过程控制系统通常包含传感器、执行器、控制器和数据采集系统等组成部分，其中控制器是核心设备之一，其作用是读取传感器数据，并利用控制算法实现对各个执行机构的控制。

虚拟仿真软件是目前较为常用的过程控制系统建模和仿真工具之一，可模拟出不同类型的过程控制系统，并对其进行虚拟实验。

在本实验中，我们将使用 软件模拟出一个简单的加热反应过程，利用PID控制算法对反应温度进行控制，观察PID控制系统在控制反应温度时的表现。

实验步骤：1. 启动软件，并创建一个新的控制系统模型；2. 在模型界面中创建一个加热反应室，即将容器内的反应物加热至设定的温度；3. 设置温度传感器，并将其连接到PID控制器上；4. 设置执行器，控制加热反应室内的加热器；5. 设置控制算法，利用PID控制算法对反应温度进行控制；6. 设置数据采集系统，观察反应过程中各项参数的变化；7. 进行虚拟仿真实验，观察PID控制算法的控制效果；8. 改变PID控制参数，观察控制效果的变化，并分析原因。

实验结果：通过对PID控制参数的改变，我们发现当Kp=1、Ki=0.1、Kd=0时，PID控制系统对反应温度的控制效果最佳，并能够在较短的时间内将反应温度控制在目标温度范围内。

实验结论：本实验通过虚拟仿真的方式，实现了对过程控制系统的模拟和控制，提高了学生的实践能力和理论掌握能力，具备了相关过程控制系统的建模与仿真能力。

同时，通过分析实验结果，我们可以了解到PID控制算法在过程控制系统中的应用和控制效果。

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