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热工自动控制系统
实验讲义

胡德双 许洪华 编

承德石油高等专科学校
热能工程教研室

实验须知

一、实验前充分准备，认真做好预习，否则不得进行实验。
二、实验室内不得喧哗、打闹。
三、与本次实验无关的仪器设备不得乱动。
四、仪表装置的启动必须征得指导教师的许可。
五、实验完毕，必须清理好现场仪表盘面，切断水、电、气源，并征得老师同意,方可离开现场。
六、实验报告每人提交一份，若同时几人一组，原始记录曲线自行描绘。
七、实验中的操作技能，实验过程中的纪律性以及报告完成的情况等均作为实验成绩评定内容。
八、实验中属于人为造成仪表故障的，应按价赔偿。
目 录

　一、实验装置介绍
二、调节器Ⅰ使用说明
三、调节器Ⅱ使用说明
四、调节器Ⅲ使用说明
五、实验前的准备工作

实验一 热工对象动态特性测试——阶跃测试法
实验二 单回路自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
实验三 串级自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
实验四 比值自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
实验五 双冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
实验六 单级三冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
实验七 串级三冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究
一 热工自动控制系统实验装置介绍
该控制系统为汽包锅炉给水自动调节系统的模拟装置，汽包用水箱代 替，蒸汽流量用出口流量代替，通过调节入口流量即给水量可维持水位的恒定。 用它也可以完成其它的实验项目，达到其它的实验目的。所以，用这套装置也可以来模拟过热蒸汽温度自动调节系统、燃烧过程自动调节系统的各种实施方案。
本实验装置可分为两大部分：模拟装置和仪表操作控制盘。模拟装置是由控制系统的工艺设备（泵、管线、水箱等）、一次仪表和执行器组成的。 控制系统所用的二次仪表都安装在仪表盘上。各控制方案的实现，只要改变模拟装置的有关工艺阀门和启动相应的机泵，同时改变操作盘上排题板的联接线路，即可构成不同的控制方案，达到不同的实验目的。
１、模拟装置（液位—流量系统）
２、仪表操作盘
３、装置特点
（１） 模拟装置采用“液位—流量”系统，即水力系统，显示直观、操作方便。
（２） 被控对象为液位容器，物理模型更接近于实际系统。有一套注气 装置，可模拟锅炉沸腾时的水位波动情况。
（３） 装置功能多用，设备利用率高。
（４） 装置结构集成化，仪表具有先进性。
（５） 采用矩阵形排题板，实现不同调节系统方案时，接线简单易行。
二、调节器Ⅰ使用说明
调节器Ⅰ为DDZ—Ⅲ型电动单元组合仪表全刻度指示调节器.
１.输入信号:
测量输入信号:1～5Ｖ、DC (排题板上输入Ⅰ)
外给定信号: 4～20 mA DC (排题板上输入Ⅱ)
内给定信号: 1～5Ｖ、DC 连续可调
２.输出信号: 4～20 mA DC 或 1-5ｖDC
３.调节器作用及参数
调节器动作规律:PI或PID
调节器参数:比例带 2～500％
积分时间 0.01～2.5分或0.1～25分
微分时间 关或0.04～10分
４.调节器的操作使用
调节器主要由输入回路、PD运算电路、PI运算电路、软硬手动操作电路,输出电路以及指示电路等六部分组成。
调节器的输入信号为1-5Ｖ，它一方面送至输入电路与给定信号 比较产生偏差信号,另一方面通过指示电路转换成电流,由双针垂直指示计指示。
调节器的给定信号分内、外给定，由内外给定切换开关来选择。内给定信号为1-5ｖ，外给定信号为4-20mA,使用前应先把“外给－内给”切换开关置于所需位置，“测量－校准”开关置于“测量”档。
注意：当“外－内”切换开关置于“外给”时，测量输入端及外给输入端应避免开路，防止组件损坏。
调节器的工作状态有“自动”、“手动Ⅰ”、“手动Ⅱ”、“保持”四种状态，由切换开关和手动Ⅰ操作按键来选择。
当调节器的工作状态处于“自动”位置时，调节器通过输入电路产生与输入信号和给定信号之差成正比的偏差信号，然后由PID运算电路对这个偏差信号进行PID运算,运算结果由输出电路转换成4-20mA的电流输出。
当切换开关切换到“手动Ⅰ”，调节器为“保持”状态，这时调节器的输出信号保持切换前的输出值。
当切换开关切换到“手动Ⅰ”，并且分别按动“↑”、“↓”开关时，调节器的输出可以根据需要按由快到慢的速度非线性地减少或增加。
当需要使调节器的输出长时间地保持某一数值不变或遇紧急情况需要迅速改变调节器的输出时，可以将工作状态切换开关切换到“手动Ⅱ”位置，这时移动操作拨杆，能使调节器的输出迅速改变到需要 的数值，并保持不变。但应注意，从手动Ⅰ到手动Ⅱ切换时，需预先 将手动Ⅰ拨杆对准输出指针，再将开关进行切换。
调节器的“自动” 、“手动Ⅰ”的相互切换以及由“手动Ⅱ”切 换至“手动Ⅰ”、“自动”是无平衡、无冲击的。
调节器上还有“正－反”作用切换开关，使用时应根据调节系统的 需要来设置调节器的“正－反”作用，预先置于所需位置。
三、调节器Ⅱ的使用说明
调节器Ⅱ为DDZ-S系列Ｊ型过程控制仪表STGJ-1001型固定程序(PID)控制器。它是全面采用微机技术的第四代过程控制仪表。该控制器的控制功能较强，不仅可以实现基本PID控制、比例控制、前馈控制，并且可以与Ｓ 系列的逻辑控制器联用，使系统除具有调节功能外还可附加联锁保护功能。
由于其功能适中，价格低，所以，特别适合中小企业或机组的生产过程自动控制。
（一）、主要技术性能及指标
１、输入输出通道：
(1)、模拟量输入(AI)有五个通道，输入信号有0-10mA DC(0-5V DC）和4-20mA DC (1-5V DC)。每个通道可以分别选择上述四种信号。
AI1用作过程变量(PV)输入；
AI2用作反馈(FB)输入；
AI3用作外部设定(SV)输入；
AI4用作前馈或外部上限设定(FF/HI)输入；
AI5用作外部下限设定或上限设定(LO/HI)输入。
(2)、模拟量输出(AO)有三个通道，输出信号有0-10mA DC(0-5 V DC)和4-20mA DC (1-5V DC)。
AO1用作控制器操作输出电压(MV)；
AO2用作控制器的给定值输出(SV)；
AO3用作控制器处理后的过程变量输出(PV)；
MI+用作控制器操作输出电流。
(3)、开关量输入(DI)有两个通道，输入信号为无源触点，触点容量小于或等于24V DC，20mA DC。
DI1用作“跟踪”命令输入；
DI2用作强制“手操”命令输入。
(4)、开关量输出(DO)有两个通道，输出信号为集电极开路输出，负载容量小于或等于24V DC，20mA DC。
DO1用作仪表“异常”报警输出；
DO2用作仪表“A/M”状态输出。
２、显示功能
(1)、光柱趋势显示
PV和SV是等离子体固态指示计,指示范围0-100%,分辨率0.5%
MV为LED光柱显示,指示范围0-100%,分辨率2.5%
(2)、状态显示
“异常”红色LED点亮表示仪表处于“不正常”状态；
“测试”绿色LED点亮表示仪表转入“离线”测试状态；
“手操”绿色LED点亮表示仪表处于“后备”状态；
“跟踪”绿色LED点亮表示仪表输出处于“跟踪”状态；
“通讯”绿色LED点亮表示仪表处于与上位“通讯”状态；
“Ａ”红色LED点亮表示仪表处于“自动”状态；
“Ｍ”绿色LED点亮表示仪表处于“手操”状态；
“Ｒ”红色LED点亮表示仪表处于“远方”给定状态；
“Ｌ”绿色LED点亮表示仪表处于“本机”给定状态；
“ＳＶ”绿色LED点亮表示仪表在按动“Δ”或“∨”键时给定值即随之“增”或“减”；
“ＭＶ”绿色LED点亮表示仪表在按动“Δ”或“∨”键时给定值即随之“增”或“减”。
３、操作功能
仪表在前面板上设有六个操作按键，具体功能如下：
“Ａ/Ｍ”用于仪表“运行”方式的切换；
“Ｒ/Ｌ”用于仪表“远方”给定或“本机”给定的切换；
“ＳＥＬ”用于配合“△”、“∨”键，用于对“ＳＶ”或“ＭＶ”的选择；
“ＡＣＫ”用于仪表报警状态的确认；
“△”、“∨”用于仪表“ＭＶ”值或“ＳＶ”值的“增”或“减”变化；
４、主要技术指标
（１）、比例带为２－１０００％；
（２）、积分时间６－３６００秒；
（３）、微分时间０－１８００秒；
（４）、前馈系数０－１０；
（５）、内部上下限范围０－１００％；
（６）、外部上下限范围０－１００％；
（７）、 给定值上下限范围０－１００％
（二）、仪表的使用
１、操作步骤及顺序
（１）、依据对控制器的要求，通过ＤＥＰ进行参数设置，设置参数的内容有输入、输出信号类别，控制字，整定参数Ｐ、Ｉ、Ｄ之值等。
（２）、按动前面板上ＳＥＬ键，直至“ＳＶ”指示灯亮，再按动 “ ”或“ ”键来改变给定值的数值，直至获得所需要的数置再释放按键，此时“ＳＶ”的光柱指示计则指示出相应的百分数。
（３）、按动前面板上ＳＥＬ键，直至“ＭＶ”指示灯亮，再按动 “ ”或“ ”键来进行手动操作，此时“ＭＶ”的光柱指示计则指示出仪表的输出值的百分数。
（４）、手动操作“ ”或“ ”键时，当测量值与给定值相近时，即可按动前面板上的“Ａ／Ｍ”键，将控制器的工作状态由手动切换至自动，“Ａ／Ｍ”键上方的指示灯熄灭，“Ａ”指示灯亮。
（５）、依据测量值“ＰＶ”随扰动的变化曲线，适当修正整定参数使 其达到较理想的调节品质。
２、测试开关部件的操作使用
（１）、检测孔＋５Ｖ.LG.CLK分别用于检测主电源电压、逻辑地和时钟。
（２）、“电源”开关是用来在拔插ＤＥＰ部件时切断５Ｖ电源，避免产生干扰。
（３）、“键锁”开关是用来防止操作键和设定键被无关人员误动作而引起对系统扰动，开关拨向上方时为“键锁”，拨向下方为“解锁”
（４）、“切除”开关是用来切除机内时间监控器的作用，以便在离线测试时不受采样周期的限制，当开关拨向上方时为“测试”状态 ，拨向下方时为“运行”状态。
（５）、“清零”开关用于仪表在调试过程中，消除故障后按此开关使仪表恢复正常。
３、ＤＥＰ参数设定器的操作使用
该组件是由键盘（２０个按键）和数字（８个数码管）显示两部分 组成。
数码管成一行排列,一共八位，其中前两位为“状态”显示，三、四位为“地址”号，最后四位为数据。
键盘按键按功能又可分为三大类：
（１）、数字键有“０－９”、小数点“.”和负号“－”计１２个。
（２）、状态键有“组态”、“置数”、“检查”、“控制”（控制键为复合键，复合使用时应首先按下此键）。
“组态”键用来对仪表功能进行组态，在组态时“状态”显示位显示“ＣＯ”，本仪表为固定程序运行，所以不使用。
“置数”键用来对仪表参数进行设置和修改，此时“状态”显示位显示“ＰＵ”，修改时只要打入设置参数的地址号，在地址显示位显示该地址值，并同时在数据显示位显示出该地址中的内容，在此状态下，操作功能键和数字键可对该数值进行修改。
“检查”键用来检查控制器输入／输出的地址对应的数据（显示地址设定在地址号０－１５），此时“状态”显示位显示“ＣＨ”。
“控制－复位”复合键用来使ＤＥＰ进入工作状态，此时工作指示灯点亮，“状态”显示位显示“ｒｄ”字样。
“控制－回车”复合键用来使ＤＥＰ退出工作状态，此时工作指示灯熄灭无显示。
“控制－清除”复合键用来清除显示内容。
（３）、功能键在进行参数设置修改或检查时的必要操作共计有：
“清除”键用于清除数据位上的显示内容。
“上一条”键用于将地址号自动减１，并显示其数据内容。
“回车”键用于将当前显示的数据内容送入该地址号指示的内存单元，且地址号自动加１，显示新地址号中的参数值。
“复位”键用于退出现在的工作状态，等待另一种工作状态的请求输入。
４、仪表的参数设置
欲使仪表正确地完成预期供能要求，必须对仪表进行参数设置，通过随机设定器ＤＥＰ，可以按对应地址将所需设置参数内容送入。参数地址及简要说明如下：
（１）、地址号１６：输入信号的类型选择，设置值由四位组成
第一位为模拟量第一通道输入信号类型选择， 用“２”来选择 ０－１０ｍＡ，用“３”选择４－２０ｍＡ信号。
第二位至第四位为模拟量第二通道至第四通道输入信号类型选择， 用“２”来选择０－１０ｍＡ，用“３”选择４－２０ｍＡ信号。
（２）、地址号１７：输入／输出信号的类型选择，设置值由四位组成
第一位为模拟量第五通道输入信号类型选择，（本机共５个 输入信号）。
第二位为模拟量第一通道输出信号类型选择， 用“２”来选择 ０－１０ｍＡ，用“３”选择４－２０ｍＡ信号。
第三位和第四位为模拟量第二通道和第三通道输入信号类型选择， 用“２”来选择０－１０ｍＡ，用“３”选择４－２０ｍＡ信号。
（３）、地址号１８：控制字选择，设置值由四位组成
第一位用作输出限幅值由内部还是由外部设定的选择。
第二位用作控制器输出的正／反作用以及反馈输入量连接方式选择。
第三位用作（ＰＶ）值进行开方运算的选择。
第四位用作（ＦＦ）值进行开方运算的选择。
（４）、地址号２９：模拟量输入滤波器选择。
（５）、地址号４７：前馈系数的选择。
（６）、地址号４８：积分时间 ０－３６００Ｓ。
（７）、地址号４９：微分时间 ０－１８００Ｓ。
（８）、地址号６４：比例带ＰＢ ２－１０００％。
（９）、 地址号６５： ＬＨ上限限幅内设定值 ０－１０００。
（１０）、地址号６６：ＬＬ下限限幅内设定值 ０－１０００。
（１１）、地址号６８：ＳＶ内设定值 ０－１０００。
注意：如果对其中某个参数不予设置，该参数按初始化数值参与工作运行。
四、调节器Ⅲ的使用说明
调节器Ⅲ为ＤＴＧ－１００１型三光柱ＰＩＤ指示调节器，此调节器采用集成电路（DDZ－Ⅲ型）、光柱指示等先进技术的过程控制仪表,不仅可实现基本PID、PI控制，并具有抗积分饱和跟踪及手操功能（双向无扰动切换）。
１、调节器的主要技术性能指标
（１）、输入信号１－５Ｖ ＤＣ
ＡＩ１用作过程变量（ＰＶ）输入
ＡＩ２用作外部设定（ＳＶ）输入
（２）、输出信号１－５Ｖ ＤＣ ４－２０ｍＡ ＤＣ
ＡＯ用作调节器操作输出电压（ＭＶ）
ＭＩ用作调节器操作输出电流
（３）、调节作用及参数
调节作用：ＰＩＤ或ＰＩ控制
调节参数：比例带２－５００％
积分时间0.01-2.5分或0.1-25分
微分时间0.04-10分或关
２、调节器工作原理
过程变量输入信号于给定信号比较后的偏差被送往ＰＩＤ运算电路进行运算，产生对应的输出信号，同时被往光柱显示部件进行显示。
控制器的给定信号分内、外给定两种方式，由切换开关实现转换。
控制器的工作方式有“自动”、“手动”两种，由装在前面板上的拨动开关实现。且可实现双向无扰动切换。
３、仪表的使用
（１）、正确连接各输入、输出等信号，确保接触可靠。
（２）、置“Ａ／Ｍ”开关至“Ｍ”手动位置。
（３）、依据过程特性的要求，进行ＰＩＤ参数设定。把“内－外给定”和“正－反作用”选择开关置于相应位置。
（４）、旋转内给定旋钮（如果是外给定，则改变外给定信号）改变给定值的数值，直到获得所需要的给定值，此时“ＳＶ”光柱指示计指示出相应的百分数。
（５）、按动前面板右下方的“↑”或“↓”按钮来进行手动操作，此时“ＭＶ”光柱指示计指示出的输出值百分数。
（６）手动操作时，当测量值与给定值相近时，即可拨动前面板上的 “Ａ／Ｍ”开关，将控制器工作状态由手动切换到自动，“Ａ／Ｍ”开关处的“Ｍ”指示灯熄灭，“Ａ”指示灯点亮，系统进入自动运行状态。
五、实验前的准备工作
　１、全面了解工艺流程及设备、仪表，做好的单校和联校工作。
　２、检查工艺阀门的开关是否符合本次实验的工艺流程要求。
　３、根据实验目的、要求，在排题板上按本实验方案正确地联接好线路。
　４、经指导教师检查无误后，方可合电源总闸，否则不得进行实验。
　５、启动空压机，给电气转换器和执行器加上电源。
　６、打开仪表操作盘后的电源开关，给仪表供上电源。
　７、启动水泵，用手动遥控调节阀进行试验，全面校验各有关仪表的指示值是否相应。
　８、试验准确无误后，方可开展实验。

实验一 热工调节对象动态特性测试
——阶跃测试法
一、实验目的
对象动态特性是指对象在输入信号的作用下，输出信号随时间变化的特性，即对象由一个稳定状态到达另一稳定状态变化过程的特性，故称动态特性。
对象动态特性是确定调节方案，选择调节器参数，进行调节系统分析的重要依据。
１、掌握对控制对象动态特性的测试方法。
２、应用阶跃测试法测取控制对象的动态特性。
二、实验要求
１、根据所测实验数据，绘出控制对象的动态特性曲线。
２、对实验曲线进行处理，求出对象的时间常数、放大倍数、和纯滞后时间。
３、根据所求对象特性的有关数据，写出对象的传递函数。
三、实验方法及步骤
（一）、入口阶跃测试
　 根据工艺流程，通过改变有关工艺阀门的开、关状态及流体流向，可以得到两种进行阶跃测试的工艺流程。
１、节流调节方式
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６全开，Ｒ５开一半。
Ｒ２、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９关闭。
此时调节阀门关小时，入口流量减少。故称节流调节。
２、分流调节方式
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８全开，Ｒ５开一半。
Ｒ３、Ｒ７、Ｒ９关闭。
此时调节阀门关小时，入口流量增大。故称分流调节。
３、调节器Ⅰ阶跃测试
要求分别在节流调节和分流调节两种情况下作出各自的阶跃响应曲线。其操作步骤如下：
（１）、正确联接好实验线路。
液位→单笔记录→调节器Ⅰ输入
入口流量→双笔Ⅰ
出口流量→双笔Ⅱ
调节器Ⅰ输出→执行器
（２）、合电源总闸，启动空压机，给上气源。
（３）、打开仪表盘后直流稳压电源开关，给各个仪表加上２４Ｖ直流电源。
（４）、调节器置于“手动”位置，手动调节使调节器输出１２ｍＡ，使调节阀处于半开状态。
（５）、启动水泵，给水箱上水。待液面稳定于５０％时，迅速将调节器的输出由１２ｍＡ→１６ｍＡ（或下降至８ｍＡ）。
（６）、当调节器输出阶跃变化后，液面由稳态值开始变化时，注意计算纯滞后时间和观察液面到达新稳定值整个过程的曲线变化。
４、调节器Ⅱ阶跃测试。方法同调节器Ⅰ阶跃测试，操作步骤自拟。
５、调节器Ⅲ阶跃测试。方法同调节器Ⅰ阶跃测试，操作步骤自拟。
（二）、出口阶跃测试
在作出口阶跃测试时，通过改变Ｒ５的开度来加入阶跃输入信号。与入口阶跃测试相同，可以在节流调节和分流调节两种情况下，分别用三个调节器作出各自的阶跃响应曲线。实验方法及步骤自拟
四、实验数据记录及处理
１、根据实验数据及对象飞升曲线，计算对象的自平衡率和响应速度（或响应时间）。
２、根据所求得的数据，写出对象的传递函数。
五、思考题
１、获取对象的动态特性除采用阶跃测试方法外，还可采用什么方法？各有什么优缺点？
２、进行动态测试时，为什么要强调从稳态开始？
３、初始稳定状态为什么要定在调节器输出为１２ｍＡ？
４、从这次实验分析影响自平衡率、响应速度、纯滞后时间的因素有哪些？
５、入口和出口阶跃测试的响应曲线有什么不同？哪种方法更合理？试进行比较分析。

实验二 单回路自动调节系统
——调节系统的投运、整定和质量研究
一、实验目的
单回路自动调节系统是单参数单闭环自动调节系统的简称，此调节系统是最基本，工艺生产中应用最广泛的调节系统，系统组成简单，所用的仪表少，操作方便又能满足生产中一般的质量要求，因而在生产中得到广泛的应用。
　　即使调节系统设计的十分合理，安装十分正确，但没有选择好调节器Ｐ、Ｉ、Ｄ各参数，不仅得不到满意的效果，而且会使调节质量全面恶化。因而，当一个调节系统组成以后，整定调节器参数是一件十分重要的事情，只有正确的选择好调节器参数，才能保证系统在干扰性能上得到满意的质量效果。
二、实验要求
１、熟悉本装置中单回路自动调节系统的组成。
２、掌握自动调节系统的投运过程和调节器的投运方法。
３、掌握用４∶１衰减曲线法整定调节器各参数。
４、了解干扰通道中不同的干扰位置，对调节质量的影响。
三、实验方法及步骤
根据工艺流程，通过改变有关工艺阀门的开、关状态及流体流向，可以得到节流调节方式、分流调节方式，两种控制入口流量的单回路自动调节系统。对应于每一种调节方式，可以选用三个不同的调节器中的一个作调节器来进行实验。
现以调节器Ⅱ为例说明实验过程。
　１、正确连接好实验线路，
　　　液位→单笔记录→调节器Ⅱ→输出Ⅰ
　　　入口流量→双笔Ⅰ
　　　出口流量→双笔Ⅱ
　　　调节器Ⅱ输出→执行器输入
　２、合电源总闸，启动空压机，给上气源。
３、打开仪表盘后直流稳压电源开关，给各个仪表加上２４Ｖ直流电源。
　４、调节器置于“手动”位置，手调使其输出为１２ｍＡ， 调节阀处于半开状态。
５、启动水泵，给水箱上水。　
６、熟悉调节器上各主要部件的功能，并置于相应的位置，如各种指示、内外给定、正反作用等等。
７、校验好调节器的比例度、积分时间，并选择好控制点。
　８、用手动旋钮进行遥控练习，使被调量尽量稳定（如５０％处）
　９、当手动操作被调参数基本稳定之后，“手动”切换成“自动”，并进行４：１参数整定。
　　具体做法为：
　　①再次复查正反开关，内外给定是否正确
　　②调节器δ置于１００％，积分置于最大，微分置于０
　　③进行扰动切换，使调节器自动工作
④从大到小逐渐改变比例度，在改变δ时，用改变给定值的方法，给系统人为施加一个干扰，观察被调参数过度过程变化情况，直至在一个δ值时呈现４∶１衰减，此时的比例度即为４∶１衰减比的比例度Ｐｓ过度过程的振荡周期为Ｔｓ，得到Ｐｓ和Ｔｓ后可按下表的经验公式算出调节器的参数值。

　　　比例
Ｐｓ

比例积分
１．２Ｐｓ
０．５Ｐｓ

比例积分微分
０．８Ｐｓ
０．３Ｐｓ
０.１Ｔs

　１０、把调节器参数放于最优值，用改变给定值加干扰，打开ＤＫ１ 加干扰打开ＤＫ２ 加干扰，观察各自的过度过程状态的共同和不同。
四、实验数据记录及实验结果分析
　　１、画出单回路自动调节系统线路连接图及系统方框图
　　２、记录每次改变调节器参数时的过度过程
　　３、出现４∶１衰减时的比例度Ｐｓ和振荡周期Ｔｓ时的过渡过程曲线
　　４、按经验公式算出最优值和三种不同干扰来源造成的三组不同过度过程曲线
　　５、用所学理论分析实验结果及实验中出现的问题。
五、思考题：
　　１、系统投运时为什么调节器的输出定在５０％处？
　　２、调节器比例度的变化对调节过程有什么影响？
　　３、调解过程一般出现哪几种典型曲线？　画出简单图形说明。
　　４、用４∶１衰减曲线法整定时，比例度为４：１时出现了４∶１的衰减过程，当加上积分后，比例度为什么要扩大１．２倍才能出现４∶１衰减过程。

实验三 串级自动调节系统
——调节系统的分析、整定和质量研究
一、实验目的
单回路自动调节系统是最基本的、在工业上应用最广泛的自动调节系统，系统组成简单，所用的仪表少，操作方便又能满足生产中一般的质量要求，因而使用广泛。但是随着生产的不断发展，对产品的质量要求更高，操作条件更加严格，参数间的相互关系更加复杂。这样单回路自调系统满足不了控制精度的要求。因而采用串级自动调节系统以后，往往可以取得比较理想的调节效果，调节质量会大大提高。
这次实验是在单回路自调系统的基础之上进一步来分析研究二者在干扰作用下调节质量的差别，显示串级调节系统的优越性。
二、实验要求
１、熟悉本装置串级自动调节系统的组成。
２、掌握自动调节系统的投运过程和主、副调节器的投运方法。
３、掌握用一步法整定串级调节系统的主、副调节器参数的方法。
４、在干扰通道中不同的位置加干扰，研究对调节过程质量的影响。
三、实验方法及步骤
根据工艺流程，通过改变有关工艺阀门的开、关状态及流体流向，可以得到节流调节方式、分流调节方式两种入口流量串级自动调节系统整定的工艺流程和两种出口流量串级自调系统整定的工艺流程。对应于每一种调节方式，可以选用三个不同的调节器中的两个分别做主、副调节器来进行实验。
现以调节器Ⅱ作主调节器、调节器Ⅲ作副调节器，液位与出口流量串级的节流调节方式为例说明实验过程。
１、节流调节方式的阀门状态：
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６全开，Ｒ５开一半。
Ｒ２、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９关闭。
２、按照要求，正确联接好实验线路。
液位→单笔记录→调节器Ⅱ的输入Ⅰ。
入口流量→双笔Ⅰ。
出口流量→双笔Ⅱ→调节器Ⅲ的输入。
调节器Ⅱ的输出→调节器Ⅲ的外给定。
调节器Ⅲ输出→执行器
３、合电源总闸，启动空压机，给上气源。
４、打开仪表盘后直流稳压电源开关，给各个仪表加上２４Ｖ直流电源。
５、熟悉主、副调节器上各主要部件的功能，并置于相应的位置，包括主、副调节器各种指示、内外给定、正反作用等等。
６、校验好主、副调节器的比例度、积分时间。
７、启动水泵，给水箱上水。使液面到达５０％处。
８、待主、副参数稳定不变后，以先副调后主调的顺序依次进行调节器的投运工作。投运之前，调节器的比例度暂放中间偏大点，主调节器的积分开一半，副调节器的积分关死。
９、投运完毕之后，采用一步法整定主、副调节器的参数。方法是：副调节器的参数一般先按经验数据放置好，主调节器按一般单回路自调系统的整定方法直接整定调节器参数。
１０、整定完毕后，将调节器参数放于最优数值， 然后在液面回路及流量回路上加干扰，观察不同干扰来源对过渡过程的调节质量的影响。
其它各调节器组合在节流和分流状态时构成的串级自动调节系统的操作方法同上所述，自拟实验步骤，进行实验。
四、实验数据记录及实验结果分析
（一）、液面与出口流量串级自调系统。
１、画出各种情况的串级自动调节系统的流程图、线路连接图以及系统的方框图。
２、记录下每次改变调节器参数时的过渡过程。
３、记录出现４：１衰减过程时主、副调节器的调节参数、振荡周期以及过渡过程的变化曲线。
４、画出不同的干扰来源加于不同回路时的过渡过程曲线。
　（二）、液面与入口流量串级自调系统。
１、画出各种情况的串级自动调节系统的流程图、线路连接图以及系统的方框图。
２、记录下每次改变调节器参数时的过渡过程。
３、记录出现４：１衰减过程时主、副调节器的调节参数、振荡周期以及过渡过程的变化曲线。
４、画出不同的干扰来源加于不同回路时的过渡过程曲线。
　（三）、对上面两种串级系统的调节质量进行理论分析和比较实验结果
及实验中出现的问题。
（四）、对单回路调节系统与串级调节系统的调节质量进行比较。
五、思考题
　１、如何保证串级调节系统调节器投运时的无扰动切换。
２、主、副调节器的调节参数变化对调节过程有什么影响？
３、一步法整定调节器参数的理论依据是什么？
４、应该如何正确选择副参数来组成副回路？

实验四 比 值 调 节 系 统
——调节方案的选择和整定
一、实验目的
比值调节的作用是实现两种或两种以上物料维持某一比例关系，使生产获得产品的质量要求，同时确保生产的安全。
比值调节系统种类繁多，如单环比值、双环比值、变比值、逻辑提量比值、比值串级组合等。这次实验只是从简比值节系统入手学会选择调节系统的方案、以及投运、整定等过程 。
二、实验要求
１、熟悉本装置比值自动调节系统的组成。
２、掌握比值调节系统的投运过程和调节器的投运方法。
３、掌握整定调节系统调节器参数的方法。
４、在干扰通道中不同的位置加干扰，研究对调节过程质量的影响。
为使同学们更深入地掌握比值调节系统的构成方法，掌握投运及整定的方法、调节的效果，各组自拟一种实验方案进行实验。
三、实验方法及步骤
１、根据工艺流程，通过改变有关工艺阀门的开、关状态及流体流向，得到符合自己实验方案的工艺流程。
２、按照自定方案及要求，正确联接好实验线路。
３、合电源总闸，启动空压机，给上气源。
４、打开仪表盘后直流稳压电源开关，给各个仪表加上２４Ｖ直流电源。
５、检查好所用仪表及调节器上各主要部件的正确位置，如调节器各种调节参数、内外给定、正反作用、手动/自动开关位置等等。
６、启动水泵，给水箱上水。
７、进行系统投运，待参数稳定不变后，进行调节器参数整定。
８、整定完毕后，将调节器参数放于最优数值，加干扰，观察不同干扰来源对过渡过程的调节质量的影响。
其它调节器在节流和分流状态时构成的比值调节系统的操作方法同上所述。
四、实验数据记录及实验结果分析
１、画出比值调节系统的自控流程图、线路连接图以及系统的方框图。
２、记录下每次改变调节器参数时的过渡过程。
３、画出不同的干扰来源加于不同回路时的过渡过程曲线。
４、从实验整定曲线，分析整定过程中的不同现象。
５、主流量变化时，从动流量跟踪情况如何？
五、思考题
１、试述单闭环比值调节系统的特点及选用场合。
２、两种原料按一定比例进入反应器，如何选取主流量和从动流量？
３、你选取的比值调节系统的比值系数应如何计算？

实验五 双 冲 量 自 动 调 节 系 统
——调节系统的设计、分析研究及整定
在锅炉给水自动调节系统中，双冲量给水自动调节系统，是以锅炉汽包水位信号作为主调节信号，以蒸气流量信号作为前馈信号，构成的锅炉汽包水位自动调节系统。我们在这次实验中，是用水箱的出口流量来代替蒸气流量作为前馈信号。
双冲量自动调节系统的特点是：
（１）、引入前馈信号后，能大大减小给水量和水位的波动，缩短过渡过程的时间，改善调节系统的动态品质。
（２）、引入前馈信号后，能改善调节系统的静态特性，提高调节质量。
一、实验目的
反馈调节系统都是按被调量的偏差来进行工作的。当一个扰动作用于对象后，被调量与给定值之间产生了偏差以后，调节器才发出调节信号进行调节。这样调节作用总是落后于干扰作用，使调节不及时，调节质量受到限制。
前馈调节则是在干扰尚未到达被调参数之前，就检测出干扰量，并进行前馈调节，如果调节适当，则可以完全补偿干扰的影响，从而使被调参数不受影响而保持不变。
实际系统的干扰是多方面的，前馈调节一般采用前馈调节和反馈调节相结合的调节方式。主要干扰由前馈补偿，次要干扰采用反馈调节，取其两者的优点。
前馈补偿分静态补偿和动态补偿，这次实验采用前者，其目的是比较前馈调节和反馈调节系统的调节品质，深入了解前馈调节的实质。
二、实验要求
为使同学们更加深入地了解和掌握前馈调节的实际意义，掌握系统的设计、选取、构成、投运、整定，比较前馈调节和反馈调节的质量品质，各组自拟实验方案，实验方法及实验步骤。
三、实验方法及实验步骤（自拟）
在设计调节系统时，可以分别用三个调节器来作为反馈调节器，将反馈调节器的输出和出口流量前馈信号分别引到加减器输入Ⅰ、Ⅱ进行迭加运算，加减器的输出送给执行器。
四、实验数据记录及实验结果分析
１、画出双冲量调节系统的自控流程图、线路连接图以及系统的方框图。
２、列出自控系统所需要的仪表名称、型号、量程范围。
３、列出每次整定后的记录曲线及各条曲线的调节参数。
４、从实验整定曲线，分析整定过程中的不同现象。
５、加入不同干扰源时，从调节结果比较前馈调节和反馈调节的不同品质。
五、思考题
１、试述汽包锅炉双冲量给水自动调节系统的优点。
２、试述汽包锅炉双冲量给水自动调节系统的缺点。
３、前馈调节系统中的前馈系数如何来选取？
４、调节系统进行整定时，应注意哪些问题？

实验六 单级三冲量自动调节系统
——调节系统的组成、分析研究、整定
一、实验目的
在锅炉给水自动调节系统中，单级三冲量给水自动调节系统，是以锅 炉汽包水位信号作为主调节信号，以蒸气流量信号作为前馈信号，再引入给水量信号构成的锅炉汽包水位自动调节系统。即在双冲量自调系统的基础之上增加给水量信号。
三冲量自动调节系统引入蒸汽流量前馈信号后