过程控制系统综合设计总结报告
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一、实验过程记录
1.1 实验步骤
(1)老师讲解实验内容、注意事项及规章制度； (2)学习智能仪表P909参数调节及操作； (3)对控制系统进行工程建模；
(4)根据实接线图进行各实验的实验装置接线； (5)进入组态软件进行相关参数的设定；
(6)参数设定完成后进行PID 参数调节，观察示组态软件中的输出波形。 (7)根据输出波形的进行理论描述和分析；分析不同的PID 参数对系统性能的影响。
(8)对实验过程中遇到的问题和错误进行分析。
1.2实验过程
1）实物系统的接线。
根据接线图进行实物系统的接线，具体接线图如下：
图1 纯滞后水箱实验接线图
DDC控制
3000仪表控制
图2 流量比值控制实验接线图
DDC控制
图3 串级控制流量比值控制实验接线图
DDC控制
图4 前馈反馈控制流量比值控制实验接线图
DDC控制
图5 解耦控制流量比值控制实验接线图
2）打开仿真软件，进行实验的相关参数设计。（以前馈反馈控制为例） 1. 单击实验菜单，进入前馈反馈控制实验界面，如下图所示：
图6 前馈反馈控制界面图
2. 选择控制回路
图7 控制回路选择界面
3.PID控制器参数设置界面
图8 PID控制器参数设置界面
4. 设置输入控制器的模型参数
图9 前馈控制器参数设置界面
二、 实验结果处理与分析
2.1流量比值控制实验数据处理与分析
通过“实时趋势”和“历史趋势”窗体查看曲线趋势。并通过曲线趋势分析不同的PID 参数下对流量比值系统的控制效果。通过分析系统的控制效果来确定合适的PID 参数。
以下为比值控制实验趋势图：
图10 K p =2. 5, T i =1. 2, T d =3. 7；
SV=10
图11 K p =1. 2, T i =2. 1, T d =2. 3；SV=5
通过以上趋势图可以看出，PID 参数为K p =2. 5, T i =1. 2, T d =3. 7时，系统的输出响应曲线的动态特性良好，超调量12.7%，调节时间72S ，衰减比大致为4:1，故选择PID 参数为K p =2. 5, T i =1. 2, T d =3. 7。
2.2双容水箱串级PID 控制实验数据处理与分析
通过“实时趋势”或“历史趋势”窗体可以查看趋势曲线，根据趋势曲线，从超调量、调节时间和衰减比等方面对控制效果进行评估。记录实验数据时同样应该尽可能地保持实验数据的真实性，减小实验误差。
实验效果图：
图12 SV=15.6
由以上图像可以看出，系统的输出曲线的动态性能良好，调节时间为6min ，超调量为12.5%，衰减比大致为4:1，符合水箱控制系统的控制要求。
2.3前馈反馈控制实验数据处理与分析
选择一个前馈回路，然后通过相应的操作组成回路，初始化控制系统并设置PID 参数，在引入干扰的过程中注意此时的前馈控制器不再起作用了，通过“实时趋势”或“历史趋势”窗体，测绘趋势曲线，并进行评估。记录实验数据时同样应该尽可能地保持实验数据的真实性，减小实验误差。
实时趋势图如下：
图13 K FC =5, T 1=1, T 2=1, T ao =2
图14 K FC =-5, T 1=1, T 2=3, T ao =2
由图像可知前馈控制器参数为K FC =-5, T 1=1, T 2=3, T ao =2时，系统出现了周期震荡，而当参数为K FC =5, T 1=1, T 2=1, T ao =2时，系统基本保持稳定，基本消除了扰动的影响。所以改参数基本符合控制要求。
2.4解耦控制实验数据处理与分析
构造一个耦合系统，选择工作点并设置PID 参数，然后设置解耦前馈控制器并将PID 控制器投入运行。最后注意要分析系统的耦合程度，记录无解耦控制器时候的控制效果曲线和有解耦控制器是时的控制效果曲线。
具体实验曲线如下图所示：
图15 无解耦控制器的PID 控制曲线
图16 有解耦控制器的PID 控制曲线
由上图可知，未加入解耦控制器控制时，系统的输出特性曲线存在震荡，无法保持系统稳定，不能达到控制要求。当系统加入了解耦控制器以后（图16），系统能够保持稳定，且最终接近系统能够接近系统设定值。超调量为4.7%，调节时间为12min 。能够达到系统的控制要求，所以该控制器的设计符合系统要求。
2.5纯滞后温度控制实验数据处理与分析
构造一个纯滞后系统，以纯滞后水箱的水温为检测对象，选择测量点并设置PID 参数，然后再构成水循环系统，组成控制回路并选择PID 控制器的工作点，然后选择其参数。最后通过“实时趋势”或“历史趋势”窗体，观察其控制效果，测绘趋势曲线，并进行系统性能评估。
以下为实验结果图：
图17 纯滞后温度控制结果图
表1 系统阶跃响应参数
通过历史曲线图和阶跃响应数据统计表可知，系统最后区域稳定，基本符合控制要求。
2.6 调节过程中遇到的问题
Q1：调节过程中由于没有实际的工程经验，一开始进行PID 参数整定时不知道该如何下手，导致参数过大，使得仿真图形出现震荡，一时间无从下手。 解决办法：通过上网查阅资料，我重新调整PID 参数，一步一步整定PID 参数，才得到符合条件的响应曲线。
Q2、PID 参数整定的过程中，得到的响应曲线超调量过大，调节时间太长。 解决办法：根据PID 参数的整定方法，了解了K p , K i , K d 各个参数的作用，减少了比例系数的大小，同时调节了积分、微分系数，终于得到了符合条件的仿真曲线。
三、 心得体会
3.1实验过程中的不足和问题分析
在本次课程设计过程中，遇到了很多问题，有想到的，也有没有想到的。我原本以为我只是对PID 参数的整定不太熟悉，缺乏经验，但是实际操作过程中却发现我遗忘了PID 控制的大部分知识，导致参数整定时不知从何下手，十分尴尬。而且很多东西只是知其然而不知其所以然，使我的仿真之路艰难异常。解决方法是找到之前的教材，认真复习，并且通过网上查询资料，了解各参数的作用，在复习完之后，继续进行仿真实验。
3.2实验的任务总结和经验收获
首先，是知识方面的收获，通过这次课程设计让我对所学课程又有了更多的了解，对这门学科在现实生活中的应用也有了更全面的的了解，同时也体会到了知识在现代社会中的重要作用。其次，是与人沟通方面的收获，这次实验室八个人为一小组，分工合作，遇到不懂的问题互相讨论，很快就完成了老师所要求的任务，现代社会生活节奏较快，知识更新速度加快，每个人都应该不断学习，不断充实自己，要学会与人合作，这样才能提高办事效率，如果不与人合作，往往事倍功半。