單容水箱液位PID控制系統(tǒng)1

1、一實驗?zāi)康?、通過實驗熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的階躍響應(yīng)。3、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的抗擾動作用。4、定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。二實驗原理當(dāng)一個單回路系統(tǒng)設(shè)計安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)的選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會導(dǎo)致控制質(zhì)量變壞，甚至?xí)瓜到y(tǒng)不能正常工作。因此，當(dāng)一個單回路系統(tǒng)組成以后，如何整定好控制器的參數(shù)是一個很重要的實際問題。一個控制系統(tǒng)設(shè)計好以后，系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定是十分重要的工作。系統(tǒng)由原來的手

2、動操作切換到自動操作時，必須為無擾動，這就要求調(diào)節(jié)器的輸出量能及時地跟蹤手動的輸出值，并且在切換時應(yīng)使測量值與給定值無偏差存在。一般言之，具有比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)，Ti選擇合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖7-3中的曲線、所示。自 動 檢

3、測 與 控 制 實 驗 報 告實驗名稱：單容水箱液位PID控制系統(tǒng)三主要儀器、試劑及裝置圖單容水箱液位控制系統(tǒng)1、THKGK-1型過程控制實驗裝置： GK-02、 GK-03、 GK-04、 GK-07(2臺) 2、萬用表一只 3、計算機系統(tǒng)四實驗步驟和實驗現(xiàn)象1、比例（P）調(diào)節(jié)器控制 1）、按圖7-1所示，將系統(tǒng)接成單回路反饋系統(tǒng)（接線參照實驗一）。其中被控對象是上水箱，被控制量是該水箱的液位高度h1。 2）、啟動工藝流程并開啟相關(guān)的儀器，調(diào)整傳感器輸出的零點與增益。3）、在老師的指導(dǎo)下，接通單片機控制屏，并啟動計算機監(jiān)控系統(tǒng)，為記錄過渡過程曲線作好準(zhǔn)備。4）、在開環(huán)狀態(tài)下，利用調(diào)節(jié)器的手動

4、操作開關(guān)把被控制量“手動”調(diào)到等于給定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%點處）。5）、觀察計算機顯示屏上的曲線，待被調(diào)參數(shù)基本達(dá)到給定值后，即可將調(diào)節(jié)器切換到純比例自動工作狀態(tài)（積分時間常數(shù)設(shè)置于最大，積分、微分作用的開關(guān)都處于“關(guān)”的位置，比例度設(shè)置于某一中間值，“正-反”開關(guān)拔到“反”的位置，調(diào)節(jié)器的“手動”開關(guān)撥到“自動”位置），讓系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。（接上頁）6）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動，一般可通過改變設(shè)定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。7）、減小，重復(fù)步驟6，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。8）、增大，

5、重復(fù)步驟6，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。9）、選擇合適的值就可以得到比較滿意的過程控制曲線。10）、注意：每當(dāng)做完一次試驗后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗。2、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1）、在比例調(diào)節(jié)實驗的基礎(chǔ)上，加入積分作用（即把積分器“I”由最大處“關(guān)” 旋至中間某一位置，并把積分開關(guān)置于“開”的位置），觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗證在PI控制下，系統(tǒng)對階躍擾動無余差存在。2）、固定比例度值（中等大小），改變PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)值Ti，然后觀察加階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時的超調(diào)量p。3）、固定積分時間T i于某一中間值，然后改變的大小，觀察加擾動后被

6、調(diào)量輸出的動態(tài)波形，并列表記錄不同值下的超調(diào)量p。4）、選擇合適的和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入擾動的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線。此曲線可通過改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。3、比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制1）、在PI調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把D打開。然后加上與前面實驗幅值完全相等的擾動，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動態(tài)曲線，并與實驗步驟（二）所得的曲線相比較，由此可看到微分D對系統(tǒng)性能的影響。2）、選擇合適的、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從50%突變至60%來實現(xiàn)）。3）、用計算機記錄實驗時所有的過渡過程實時曲線，并進(jìn)行分析。五實驗結(jié)果及