锅炉内胆水温PID控制实验
锅炉内胆水温PID控制实验
锅炉内胆水温PID控制实验
第五节锅炉内胆水温PIＤ控制实验
一、实验目得
1、根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下得动、静态性能。
2、比较不同PID参数对系统得性能产生得影响。
3、分析Ｐ、PI、ＰD、PID四种控制规律对本实验系统得作用。
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
本实验以锅炉内胆作为被控对象,内胆得水温为系统得被控制量。本实验要求锅炉内胆得水温稳定至给定量,将铂电阻TT1检测到得锅炉内胆温度信号作为反馈信号,在与给定量比较后得差值通过调节器控制三相调压模块得输出电压(即三相电加热管得端电压),以达到控制锅炉内胆水温得目得。在锅炉内胆水温得定值控制系统中,其参数得整定方法与其她单回路控制系统一样,但由于加热过程容量时延较大,所以其控制过渡时间也较长,系统得调节器可选择PD或PIＤ控制。本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-１锅炉内胆温度特性测试系统
(ａ)结构图(ｂ)方框图
可以采用两种方案对锅炉内胆得水温进行控制:
(一)锅炉夹套不加冷却水(静态)
(二)锅炉夹套加冷却水(动态)
显然,两种方案得控制效果就就是不一样得,后者比前者得升温过程稍慢,降温过程稍快。无论操作者采用静态控制或者动态控制,本实验得上位监控界面操作都就就是一样得。
四、实验内容与步骤
1、先将储水箱贮足水量,将阀门F1-1、Ｆ1-４、F1－5、F1-13全开,打开电磁阀开关,其余阀门关闭,启动380伏交流磁力泵,给锅炉内胆贮存一定得水量(要求至少高于液位指示玻璃管得红线位置),然后关闭阀F1-１3、F1-４及电磁阀,打开阀Ｆ1-12,为给锅炉夹套供冷水做好准备。
２、接通控制系统电源,打开用作上位监控得得ＰC机,进入得实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。
３、合上三相电源空气开关,三相电加热管通电加热,适当增加/减少输出量,使锅炉内胆得水温稳定于设定值。
4、按指导书第二章第一节中得经验法或动态特性参数法整定调节器参数,选择ＰＩＤ控制规律,并按整定后得PＩＤ参数进行调节器参数设置。
5、待锅炉内胆水温稳定于给定值时,将调节器切换到“自动”状态,然后记录曲线。
６、开始往锅炉夹套打冷水,重复步骤3~5,观察实验得过程曲线与前面不加冷水得过程有何不同。
７、分别采用Ｐ、ＰＩ、ＰD控制规律,重复上述实验,观察在不同得PID参数值下,系统得阶跃响应曲线。
8、上述实验用计算机实时记录得响应曲线。
(1)Ｐ
(2)PI
(3)PD
(４)ＰID
９、计算
(1)P
稳态误差=３0℃－29、37℃＝０、6３℃
上升时间:tｒ=5:48:27-5:47:23=６4(s)
(2)ＰI
峰值时间:tp=6:2２:25-6:１9:26=2:５9=179(s)
超调量=(44、２5－３５)/(３5－2、５28)*１00%=２８、5％
(3)ＰD
稳态误差＝３5℃-34、04℃=0、86℃
上升时间:tｒ=６:49:25－６:48:1０=75(s)
(4)PID
上升时间:tｒ=7:05:50-7:04:40=70(s)
峰值时间:tp＝7:07:30-７:0４:40=170(ｓ)
超调量=(44、１５-３5)/(3５-2、６26)*100％=28、3%
10、分析
(1)根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下得动、静态性能。
分析:系统在阶跃扰动作用下,当比例系数较大时,系统得静态误差也较大,这就就是因为比例系数会加大幅值;在加入微分环节以后,系统得动态误差明显减小,但调节时间却延长,这就就是因为微分具有超前得作用,可以增加系统得稳定度。
(2)比较不同ＰID参数对系统得性能产生得影响。
Ti:为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”,积分项对误差取决于时间得积分,随着时间得增加,积分项会增大。这样即便误差很小,积分项也会随着时间得增加而增大,她推动控制器得输出增大使稳态误差进一步减小,知道为零,由于积分项得存在会使调节时间增大。因此,PＩ控制器可使系统在进入稳太后无稳态误差。
Kp:放大误差得幅值,快速抵消干扰得影响,使系统上升时间降低,如果仅有比例环节,系统会存在稳态误差。
Td:自动控制系统在克服误差得调解过程中可能会出现振荡甚至失稳,在控制器中仅引入“比例P”往往就就是不够得,比例项得作用仅就就是放大误差得幅值,而目前需要增加得就就是“微分项”,她能预测误差得变化趋势。这样具有比例加微分得控制器,就能够提前十抑制误差得得控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量得严重失调。所以对有较大惯性或滞后得被控对象,PＤ控制器能改