积分变量过程动态演示实验装置制造方法及图纸

一种积分变量过程动态演示实验装置，由不锈钢储水箱６、圆筒有机玻璃水箱２、单相增压泵８、进水管路涡轮流量计１０、出水管路涡轮流量计５、进水管路流量ＰＩＤ控制器１１、出水管路流量ＰＩＤ控制器４、压力表９、进水管路电动调节阀１２、出水管路电动调节阀３、以及Ａ阀１、Ｂ阀７、Ｃ阀１３组成，当流量发生变化时，通过涡轮流量计检测到相应的信号传给流量ＰＩＤ控制器，流量ＰＩＤ控制器控制电动调节阀开度，从而控制进水管路和出水管路的流量保持不变；当进水管路流量不等于出水管路流量时，圆筒有机玻璃水箱２中液位将持续升高或者下降，即显示出标准积分变量过程的动态特征。本发明专利技术可以很好的演示积分变量过程，简单易操作，实用性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于教学实验装置，特别涉及一种能够演示积分变量过程动态特性的实验装置。
技术介绍
积分变量过程是在现实工业中广泛存在的，以锅炉汽包为例，该系统的主要输出 变量——液位，就是一个积分变量，即过程输出是输入的积分。对于一个单输入单输出积分 变量过程，在开环情况下，如果在某一时刻这一输入相对于稳态不为0，输出就将持续上升 或下降。对于一个多输入单输出积分变量过程，在开环情况下，如果在某一时刻多个输入的 综合作用相对于稳态不为0，则该输出将持续上升或下降。对于多输入多输出积分变量过 程，其动态特性可参照多输入单输出变量过程。目前用于过程控制实验的装置非常多，其工艺设备能模拟工业生产过程的四大热 工参数对象，即流量对象、温度对象、压力对象、液位对象。可实现系统参数辨识、单回路控 制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。基本可以满足传感和检测技术、自动化 仪表、系统辨识、控制理论、计算机控制、过程控制等课程开展教学实验与自主设计性综合 实验研究。但是，这些实验装置都不能演示积分变量过程动态特性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是设计一种积分变量过程动态演示实验装置，在教学中使学生对 工业过程控制中的积分变量过程有更清楚的了解。本专利技术所涉及的积分变量过程动态演示实验装置，由不锈钢储水箱6、圆筒有机玻 璃水箱2、单相增压泵8、进水管路涡轮流量计10、出水管路涡轮流量计5、进水管路流量PID 控制器11、出水管路流量PID控制器4、压力表9、进水管路电动调节阀12、出水管路电动调 节阀3、以及A阀1、B阀7、C阀13组成，在圆筒有机玻璃水箱2出水管路上安装有出水管 路电动调节阀3和出水管路涡轮流量计5，且配备一个出水管路流量PID控制器4与出水 管路电动调节阀3和出水管路涡轮流量计5形成回路，然后出水管路的水流入不锈钢储水 箱6，不锈钢储水箱6流出的水经过B阀7之后通过单相增压泵8抽入进水管路，水压通过 压力表9检测，然后进入进水管路涡轮流量计10和进水管路电动调节阀12，进水管路流量 PID控制器11与进水管路涡轮流量计10和进水管路电动调节阀12形成回路，进水管路的 水经过C阀13、A阀1进入圆筒有机玻璃水箱2。当流量发生变化时，通过涡轮流量计检测到相应的信号传给流量PID控制器，流 量PID控制器控制电动调节阀的开度，从而控制进水管路和出水管路的流量保持不变；当 进水管路流量不等于出水管路流量时，圆筒有机玻璃水箱2中液位将持续升高或者下降， 即显示出标准积分变量过程的动态特征。本专利技术可以很好的演示过程控制中的积分变量过程，而且简单易操作，实用性好。附图说明图1为本专利技术的积分变量过程动态演示实验装置结构示意图。其中1、A阀；2、圆筒有机玻璃水箱；3、出水管路电动调节阀；4、出水管路流量 PID控制器；5、出水管路涡轮流量计；6、不锈钢储水箱；7、B阀；8、单相增压泵；9、压力表； 10、进水管路涡轮流量计；11、进水管路流量PID控制器；12、进水管路电动调节阀；13、C阀。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的积分变量过程动态演示实验装置进一步说明如下图2为本专利技术的积分变量过程动态演示实验装置结构示意图。本专利技术的积分变量 过程动态演示实验装置其积分变量过程是通过圆筒有机玻璃水箱2中的液位变化来演示 的将实验装置的初始状态设置为进水管路的流量与出水管路的流量相等；当圆筒有机玻 璃水箱2中液位保持稳定后，则改变进水管路或出水管路的流量设定值，此时液位将持续 升高或下降。此项任务是由两套控制装置实现的，即在圆筒有机玻璃水箱2的进水、出水管 路上各安装一只涡轮流量计和电动调节阀，并配备一个流量PID控制器组成一个闭环流量 控制。而控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系，合适的控制参数，可以带来满 意的控制效果，反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一般来说，用比例(P)控制器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影 响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分(PI)控制器，由于积分的 作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数S，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态 性能。比例积分微分(PID)控制器是在PI控制器的基础上再引入微分D的作用，从而使系 统既无余差存在，又能改善系统的动态性能(快速性、稳定性等)，因此我们可以选择PI或 PID控制器。水流经进水管路中的进水管路涡轮流量计10和进水管路电动调节阀12，而后进 入圆筒有机玻璃水箱2，当进水管路流量增大时，通过流量计检测到相应的信号传给进水管 路流量PID控制器11，进水管路流量PID控制器11采取相应的措施，控制进水管路电动调 节阀12的开度相应的减小。而当流量减小时，进水管路流量PID控制器11又控制进水管路 电动调节阀12的开度增大，从而使进水管路的流量保持恒定。同样在出水管路，随着圆筒 有机玻璃水箱2中液位的变化，其静压力也不断变化，导致从底部流出的水的流速不断增 高或者降低、流量相应增大或减小，因此，为了保持一个恒定的流量，我们在出水端也安装 了一套跟进水端相同的控制流量的装置，用以保持圆筒有机玻璃水箱2出水的流量恒定不 变。通过改变进水管路与出水管路的流量总和可以使水箱中的水位实现持续升高或下降， 这样，即可实现积分变量过程动态演示。权利要求一种积分变量过程动态演示实验装置，由不锈钢储水箱(6)、圆筒有机玻璃水箱(2)、单相增压泵(8)、进水管路涡轮流量计(10)、出水管路涡轮流量计(5)、进水管路流量PID控制器(11)、出水管路流量PID控制器(4)、压力表(9)、进水管路电动调节阀(12)、出水管路电动调节阀(3)、以及A阀(1)、B阀(7)、C阀(13)组成，其特征是在圆筒有机玻璃水箱(2)出水管路上安装有出水管路电动调节阀(3)和出水管路涡轮流量计(5)，且配备一个出水管路流量PID控制器(4)与出水管路电动调节阀(3)和出水管路涡轮流量计(5)形成回路，然后出水管路的水流入不锈钢储水箱(6)，不锈钢储水箱(6)流出的水经过B阀(7)之后通过单相增压泵(8)抽入进水管路，水压通过压力表(9)检测，然后进入进水管路涡轮流量计(10)和进水管路电动调节阀(12)，进水管路流量PID控制器(11)与进水管路涡轮流量计(10)和进水管路电动调节阀(12)形成回路，进水管路的水经过C阀(13)、A阀(1)进入圆筒有机玻璃水箱(2)。全文摘要一种积分变量过程动态演示实验装置，由不锈钢储水箱6、圆筒有机玻璃水箱2、单相增压泵8、进水管路涡轮流量计10、出水管路涡轮流量计5、进水管路流量PID控制器11、出水管路流量PID控制器4、压力表9、进水管路电动调节阀12、出水管路电动调节阀3、以及A阀1、B阀7、C阀13组成，当流量发生变化时，通过涡轮流量计检测到相应的信号传给流量PID控制器，流量PID控制器控制电动调节阀开度，从而控制进水管路和出水管路的流量保持不变；当进水管路流量不等于出水管路流量时，圆筒有机玻璃水箱2中液位将持续升高或者下降，即显示出标准积分变量过程的动态特征。本专利技术可以很好的演示积分变量过程，简单易操作，实用性好。文档编号G09B19/00GK101908287SQ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种积分变量过程动态演示实验装置，由不锈钢储水箱（６）、圆筒有机玻璃水箱（２）、单相增压泵（８）、进水管路涡轮流量计（１０）、出水管路涡轮流量计（５）、进水管路流量ＰＩＤ控制器（１１）、出水管路流量ＰＩＤ控制器（４）、压力表（９）、进水管路电动调节阀（１２）、出水管路电动调节阀（３）、以及Ａ阀（１）、Ｂ阀（７）、Ｃ阀（１３）组成，其特征是：在圆筒有机玻璃水箱（２）出水管路上安装有出水管路电动调节阀（３）和出水管路涡轮流量计（５），且配备一个出水管路流量ＰＩＤ控制器（４）与出水管路电动调节阀（３）和出水管路涡轮流量计（５）形成回路，然后出水管路的水流入不锈钢储水箱（６），不锈钢储水箱（６）流出的水经过Ｂ阀（７）之后通过单相增压泵（８）抽入进水管路，水压通过压力表（９）检测，然后进入进水管路涡轮流量计（１０）和进水管路电动调节阀（１２），进水管路流量ＰＩＤ控制器（１１）与进水管路涡轮流量计（１０）和进水管路电动调节阀（１２）形成回路，进水管路的水经过Ｃ阀（１３）、Ａ阀（１）进入圆筒有机玻璃水箱（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝苍，罗小锁，魏善碧，陈刚，罗霄，赵猛，唐晓铭，何美霞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]