2.3 反馈控制系统认识实验在线视频

同学们好

本次实验是反馈控制系统实验

本次实验的目的是通过一个单容水柜

液位定值控制系统的实验

使大家更加深刻的理解

反馈控制系统的组成及其工作过程

本次实验我们主要用到的设备

是一个

过程控制系统实验设备

当然啦在这个过程控制系统实验设备当中

可以做很多相关的实验

我们本次只做一个单容

水柜液位定值控制系统实验

这个实验系统主要分为两个部分

在我右手侧的是实验系统的水路部分

在我左手侧的是系统的电极控制系统部分

我们接下来分别介绍这两个部分的组成

我们先来看第一个部分

水路部分

这个水路部分其实就是整个控制对象

相关的一个控制系统水路原理图

我们来看一下这个水路原理是什么样的走向

首先最底下是一个储水箱

储水箱里面当然了储存了水

接下来这个水经过两个磁力泵

我们本次实验用的是最外面的磁力泵

水经过磁力泵以后

然后再经过一个电动调节阀

最后再经过后排管路到达竖直管路

最终经过管路到达最上面这个水柜

这个水柜的

进水的由上面进

它的出水呢由这个出水阀出来

经过出水阀以后最终又回到了储水箱

这样就构成了一个系统的环路

那我们再来回顾一下

针对这个系统

我们看一下反馈控制系统的四大组成部分

应该有哪些呢

首先我们来看一下这个系统的

控制对象

很显然

这个控制对象就是我的这个水柜

也就是上水柜

而被控量就是这个水柜的液位

这是第一个部分被控对象

第二个组成部分测量单元

很显然测量单元目的是把

水位的信号给测量出来

我们这里面的

测量水位的一个测量单元是通过

这个压力变送器

通过一个间接测量的方式

通过测量谁产生的静压来

测量这个水的液位的高度

所以这里面的测量单元就是这个

压力变送器

我们再来看一下第三个组成部分

调节单元

由于调节单元它是通过

信号线将其延伸到电气控制台上面

所以这一部分等一会等我们

讲解电气控制部分的时候再进行详细的讲解

那最后还有一个部分就是我们的执行机构

这个执行机构是一个电动执行机构

也就是通过伺服电机来带动这个阀

的开大或者关小

所以它是一个电动的调节阀

这是我们刚才讲的第一个部分

水路部分

我们接下来看一下它的电气控制系统部分

这是我们系统的第二个部分

电气控制实验部分

这一部分是电气控制实验的一个电气实验台

在这个实验台上面主要是将

水路部分一些测量信号控制信号线的延伸

都延伸到这个台上面

同时呢包括一些设备的电源

比如说执行机构

传感器

调节器以及磁力泵的电源

都是要通过这个实验台来进行集成的管理

那我们在做这个实验之前首先要对各个电气

系统的线路连接进行一下详细的讲解

我们首先来看一下在这个里面的进行

信息的连接的时候则有两个部分

第一个是控制信号的连接

第二是电源部分的信号连接

我们首先来看一下控制信号的连接

控制信号在这个系统里面则有两个

第一个是从系统传感器过来的信号

我们称为调节器的输入信号

它的端子被延伸到下部这个端子

这是上水柜的压力变送器的延伸端子

通过这个端子将信号引入到智能调节器的

信号输入端也就是这两个端子

接下来我们需要将信号输入端的线

连接到调节器的输入端

这是第一个控制信号

第二个控制信号就是调节器输出信号

它是一个标准的4~20mA信号

将这个信号送给执行机构

执行机构延伸端子在这个地方

这是它的接收的4~20mA信号

所以呢我们还需要将

这两个端子之间的连接线连接起来

我们来看一下

这样呢两个控制信号线已经连接完毕

我们下面还有对各个设备的控制电源

以及动力电源进行相关的连接

所有的电源信号都从这块电源面板上获得

我们首先来看一下

需要电源的设备有哪一些呢第一个

智能调节器

它的电源是一个单相的220V电源

它的输入电源信号端子在这个地方

它也是从这块电源面板上的单相端子上面取出

我们首先来进行一下连接

这是调节器的电源

我们再来看一下执行机构的电源

执行机构的电源也是一个220V的单相电源

它的输入端只在这个地方

它也是从电源面板上

接入一个单相的220V电源

这是执行机构的电源

还有最后一个

就是我们磁力泵的三相电源

它因为是一个三相电动机带动的

所以这时候我们将磁力泵的三根电源线连接好

下面呢我们要为控制实验做准备

就要将整个控制台的电源开关打到开的位置

实验台的电源已经合上了

要想让各个设备供电的话必须按下

启动按钮按下启动按钮以后

各个设备都通电正常工作了

这时我们可以听到磁力泵的声音

这个时候我们来看一下智能调节器

也就是我们讲了反馈控制系统

四大组成部分当中的一个核心单元

是通过这个智能调节器来进行控制的

这个智能调节器上面我们可以看到

它面板的前端有两排数码管

第一排红色的数码管上面标的是PV

也就是我们所说的测量值

这个红色的值显示的是现在水柜当中的

实际的液位值

而我们下排这个黄色的数值代表的是

我设定的水位值

现在是7.0

代表的是7cm

我们一般也叫SV　叫Setting Value

我们可以看到由于系统在启动的初期

由于给水量达不到出水的量

所以水位可能低于设定的水位

这时调节器就会相应的动作

那我们从什么地方可以看到

这个调节器的输出量是如何呢

可以通过按面板上面的这个按钮

下排显示的就是一些相关的参数

第一个A呢我们叫auto

就是这个调节器现在是处于自动状态

而后面这个数字代表的就是

调节器的输出的一个百分比

比如现在调节器输出是达到97%

所以就是开大给水阀

是进水流量增加

去克服出水量

使最终给水量和出水量达到一个平衡

这个时候水位就会稳定在我的设定值上面

很显然从这个变化我们可以看到

现在的水位已经逐渐

向着我们设定的7cm靠近

在靠近的过程当中

看一下调节的输出又开始逐渐减小了

经过一段调节以后

它的水位就会稳定在设定值7cm上面

我们再把它给切换过来

很显然现在的过程还在一个调节的过程

等一会呢我们等到它达到新的平衡态以后

我们再来给这个控制系统

私加一个阶跃扰动观察它的水位

是如何变化的

我们再来看一下

经过一定的调节以后

水位的设定值和实际值基本上达到一致了

达到了一个新的平衡态

下面呢我们来看一下

将出水阀的开度稍微开大一些

开大以后我们再回过头看一下

调节器的测量值

很显然

值变小了

因为我们在开大给水阀的初期

因为调节器还没来得及动作

得出水量大于了给水量

所以水位有一个阶跃的下降

但是这个时候呢

下降以后会出现一个偏差

偏差希望送到这个智能调节器里面

经过调节器里面的作用规律进行调整

输出一个控制量

成为了改变我们调节阀开度的大小

这个时候应该是把调节阀开大一些

使供水流量增加

去抵御出水流量增加使水位下降这种趋势

所以经过一段时间的调整

这个测量值就会慢慢的

恢复到我们给定值的附近

重新达到一种平衡状态

这就是它的一个大致工作过程

当然这个调节是需要一定时间的

所以这时候看一下测量值又慢慢的增加

朝着我们给定值的方向变化

最终使偏差接近于0

如果这里的作用规律

选择的是PID或者PI

最终达到平衡以后它的静态偏差应该是0

这个时候我们要注意一下

由于这里面选择的是一个智能型的数字

PID调节器

它具有通讯的功能

因为它是通过一个单片机来实现的

它具有一个通讯的功能可以将相关的参数

和测量信号以及设定信号

通过RS-485通信传到我们的计算机里面

而计算机接收到这些信号以后

通过一些上位机的编程软件比如说组台软件

或者一些自己编程实现的软件

可以编出来非常丰富友好的人机界面

在这个界面上呢我们可以

同样观测到测量水位的大小设定水位的大小

以及这个

调节作用规律的参数状况

当然在这个上面还可以进行参数的调整

最终都是通过通讯的方式

传到我们智能PID上面

再通过智能PID进行智能调节

也就是说这套系统如果没有这个PC机

系统正常也能运行

因为它的核心是在这个智能PID里面

这个计算机的这段控制只是

丰富了我们控制系统的显示

和控制了一个人机交互接口

本次实验我们主要是通过一个

单容水柜液位定值控制系统的实验

给大家演示了一下

整个液位控制系统的工作过程

以及系统的组成

使大家更加深刻的理解和认识了

反馈控制系统的四大组成部分

以及详细的工作过程是如何的

谢谢同学们