学 院毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目：单回路控制系统实验设计系 别：系专业班级：自动化级班学生姓名：指导教师：教 研 室：自动化教研室 提交时间：2011年月 日摘 要 通过对控制工程课程中单回路控制系统理论知识的介绍，说明了单回路控制系统的重要地位。介绍了单回路控制系统原理结构及其操作，并对参数设置作了分析；介绍了PCT-1型过程控制实验装置的结构，然后通过PCT-1型过程控制实验装置完成对单回路控制系统实验设计；完成该实验，可以使学生们掌握单回路控制系统的控制方案选择，调节器正反作用选择，PID参数整定方法等理论知识的学习。关键词： 单回路控制系统，PID参数整定，控制方案选择，系统投运，实验设计。ABSTRACTBy the presentation of single-loop control system theory knowledge in control engineering, illustrate the single-loop control systems importance. Introduced the principle structure and operation of the single-loop control system, and make the analysis for the pramerer settings. Introduce the structure of process control experimental facility typed PCT-1, the accomplish the designment of single-loop control system experiment through the process control experiment facility typed PCT-1, finish the experiment, It can let the student to grasp the selection of control projiects of single-loop control system, and the regulators positive and negative reaction. Students can also learn the method about the PID parameter settings. KEY WORDS: single-loop control system, define the parameter of PID, select the control project, the operation of system, design the experiment目录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言1第2章 单回路控制系统的地位2第3章 单回路控制系统设计33.1 单回路控制系统组成33.2 单回路控制系统设计概述43.3 单回路控制系统方案设计43.3.1 被控变量的选择43.3.2 操纵变量的选择53.3.3 传感器、变送器的选择63.3.4 调节阀（执行器）的选择73.3.5 调节器控制规律的选择73.3.6 调节器正、反作用的确定83.4 单回路控制系统参数整定83.4.1 单回路控制系统整定的概述83.4.2 临界比例度法93.4.3衰减曲线法103.4.4 经验法11第章 单回路控制系统的投运13第章 单回路控制系统实验145.1 实验室硬件设备介绍145.2 单回路控制系统实验205.2.1实验目的205.2.2实验内容205.2.3单回路控制系统投运23第章 结束语24致 谢25参考文献26附 录1 实验室规则27附 录2 单回路控制系统实验设计28第1章 引 言现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的需要，工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，因此自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的；过程控制技术是自动化技术的重要应用领域。其中单回路控制系统作为自动控制系统基础理论知识有着重要的实际意义。单回路控制系统又称简单控制系统，它是只有一个检测元件或变送器，一个控制器，一个执行器连同被控对象，对一个被控参数进行控制的反馈闭环控制系统，如果在把执行器，被控对象，检测元件及变送器等环节归在一起（称为“广义被控对象”），则单回路控制系统又可简化成由广义对象和控制器两部分组成。单回路控制系统结构简单，投资少，易于调整，操作维护比较方便，适应性强；是最基本，最常见，应用最广泛的控制系统。适用于被控对象滞后时间比较小，负荷和干扰变化不大，控制质量要求不高的场合。在简单控制系统基础上发展起来的各种复杂控制系统如串及控制系统，前馈比值控制系统，特殊控制系统等给工业生产带来了很大的便利；在工业过程计算机集成控制系统中也往往把它作为最低层的控制系统，因此学习简单控制系统是非常重要的。尽管单回路控制系统比较简单，但它的系统分析、设计方法是各种复杂控制系统设计的方法与基本原则，因此掌握了单回路控制系统的分析和设计方法，将会给复杂控制系统的分析和研究提供很大的方便。进行单回路控制系统实验设计就是希望通过对单回路控制系统的学习，掌握单回路控制系统的控制方案选择和参数整定方法等理论知识，对巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。第2章 单回路控制系统的地位控制工程是自动化专业的一门专业必修课，是该专业的一门高级专业课程，其主要内容包括工业过程控制工程基础，先进控制技术和工业生产过程控制的应用；单回路控制系统属于工业过程控制工程基础，我们学习单回路控制系统应首先掌握单回路控制系统的基本原理和结构，PID参数整定方法等等，以便为复杂控制系统的学习奠定理论基础。基础性是指基本理论、基本知识和基本技能。单回路控制系统的学习是学习复杂控制系统的理论基础，是控制工程的理论基础知识，在自动控制专业教学中具有重要作用；自动化专业学生学习单回路控制系统重在理论分析，它是研究和发展本专业的重要工具，同时注重培养学生解决实际问题的能力。本课程主要讲授单回路控制系统及其设计理论和方法，介绍控制方案的设计和应用。调节器参数的整定，通过本课程的学习， 使学生能够根据工业过程被控对象特点，正确选用传感器，执行器，过程控制通道，正确选择控制方案，设计控制规律，初步掌握建立实际工业过程控制系统的方法，初步了解工业过程控制系统的实现和整定方法，从而提高学生对工业过程控制系统分析和实践能力。单回路控制系统实验课是本课程重要的教学环节，其目的是使学生掌握自动化仪表的使用、控制系统的分析与设计方法，接受基本实验技能的训练，提高学生分析问题、解决问题和实际动手的能力。第3章 单回路控制系统设计 3.1 单回路控制系统组成简单控制系统是由被控对象，一个测量元件及变送器，一个控制器和一个执行器所组成的单回路负反馈控制系统。其方块图如下： 图3-1 单回路控制系统方块图单回路控制系统组成各部分定义如下：（1）被控对象：也称对象。是指被控制的生产设备或装置。（2）测量变送器：测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号的输出，作为测量值（3）执行器：常用的是控制阀，接受控制器来的信号u，直接改变操纵变量q.操纵变量是被控对象的某输入变量，通过操作这个变量可克服扰动对被控变量的影响。（4）控制器：也称调节器。它将被控变量的设定值与测量值进行比较得出偏差信号e，并按一定控制规律给出控制信号u控制器的设定值由人工给定，但由于扰动作用的存在使的输出信号偏离原先的给定值，所以通过测量变送环节使给定值与测量值相减得到偏差信号，然后控制器在根据偏差的正负，大小及变化情况，发出控制信号。控制器的输出送往执行器，执行器则根据控制信号的大小变化作用于被控对象，使测量值接近或等于给定值，这样就构成了一个简单的控制系统。3.2 单回路控制系统设计概述分析，设计和应用好一个过程控制系统，首先应全面了解被控过程，其次根据工艺要求对系统进行研究，确定最佳的控制方案，最后对过程控制系统进行设计，整定和投运。这里面包括有正确地选择被控变量和操纵变量；正确选择控制器的开闭型式及其流量特性；正确的选择控制器的类型及其正反作用，以及正确的选择测量变送装置等。为此。必须对系统中的被控对象，控制器，控制阀，和测量变送装置特性对控制质量的影响情况，分别进入深入的分析和研究。 (1)过程控制系统设计的一般要求：a)过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。b)系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。(2)过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。(3)过程控制系统统设计步骤：a)建立被控过程的数学模型b)选择控制方案c)建立系统方框图d)进行系统静态、动态特性分析计算e）实验和仿真3.3 单回路控制系统方案设计3.3.1 被控变量