上水箱液位定值控制系統(tǒng)

精品實(shí)用文檔.精品第三節(jié)上水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的構(gòu)造與組成。2．掌握單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。3．研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置2．計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3．萬用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的被控對象為上水箱，其液位高度作為系統(tǒng)的被控制量。系統(tǒng)的給定信號為一定值，它要求被控制量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時等于給定值。由反響控制的原理可知，應(yīng)把上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測后的信號作為反響信號。圖3-1為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)造圖，圖3-2為控制系統(tǒng)的方框圖。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下無靜差，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID。精品實(shí)用文檔.精品圖3-1上水箱液位定值控制構(gòu)造圖圖3-2上水箱液位定值控制方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-6、F1-10、F1-11全開，將上水箱出水閥門F1-9開至適當(dāng)開度〔50%左右〕，其余閥門均關(guān)閉。2.接通控制柜總電源，翻開漏電保護(hù)器及各空氣開關(guān)，接通空壓機(jī)電源，并將三相磁力泵、三相電加熱管、控制站的各旋鈕開關(guān)打到開的位置?？刂乒駸o需接線?！笆謩莹暎⒃O(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個適宜的值，此操作可通過設(shè)定值或輸出值旁邊相應(yīng)的滾動條或輸出輸入框來實(shí)現(xiàn)。精品實(shí)用文檔.精品4.啟動磁力驅(qū)動泵，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當(dāng)增加/減少輸出量，使上水箱的液位平衡于設(shè)定值。5.按經(jīng)歷法或動態(tài)特性參數(shù)法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)展調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。6.分別適量改變調(diào)節(jié)器的P參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)界面下邊的按鈕切換觀察計(jì)算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。7.分別用PI、PD、PID三種控制規(guī)律重復(fù)步驟3～6，通過實(shí)驗(yàn)界面下邊的按鈕切換觀察計(jì)算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。8.水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線?！?〕P調(diào)節(jié)：K=5精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品K=7精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品〔2〕PIK=7、I=20000精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品K=5、I=2000精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品〔3〕PDK=5、D=10000精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品K=5、D=5000精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品〔4〕PIDK=5、I=20000、D=5000精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品精品實(shí)用文檔.精品〔1〕P調(diào)節(jié)K=5時:上升時間為：tr=t2-t1=2:50:22-2:50:04=18(s)穩(wěn)態(tài)誤差=60mm-h(∞K=7時:上升時間為：tr=t2-t1=2:50:41-2:50:21=20(s)穩(wěn)態(tài)誤差=60mm-h(∞〔2〕PI調(diào)節(jié)K=7，I=20000時:上升時間：tr=t1-t0=3:08:04-3：07：35=29(s)峰值時間：tp=t2-t0=3:08:09-3：07：35=34(s)調(diào)節(jié)時間：ts=t3-t0=3:08:36-3：07：35=61(s)超調(diào)量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=6.8%穩(wěn)態(tài)誤差=h(∞)-60mm=0.69mm〔可以忽略不計(jì)〕K=5，I=20000時:上升時間：tr=3:22:58-3：22：31=27(s)峰值時間：tp=3:23:06-3：22：31=35(s)調(diào)節(jié)時間：ts=3:23:30-3：22：31=59(s)精品實(shí)用文檔.精品超調(diào)量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=10.9%穩(wěn)態(tài)誤差=h(∞)-60mm=0.11mm〔可以忽略不計(jì)〕〔3〕PD調(diào)節(jié)K=5,D=10000時:上升時間為t=t2-t1=4:25:57-4:25:36=21(s)穩(wěn)態(tài)誤差=60mm-h(∞K=5,D=5000時:上升時間為t=t2-t1=4:30:51-4:30:31=20(s)穩(wěn)態(tài)誤差=60mm-h(∞〔4〕PIDK=5,I=20000,D=5000時：上升時間：tr=4：35：50-4：35：19=31(s)峰值時間：tp=4：35：57-4：35：19=38(s)調(diào)節(jié)時間：ts=4：36：02-4：35：19=43(s)超調(diào)量=[hmax-h(∞)]/[h(∞)-h(0)]*100%=11.1%穩(wěn)態(tài)誤差=60mm-h(∞)=0.23mm〔可以忽略不計(jì)〕〔1〕根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線,分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的動、靜態(tài)性能。精品實(shí)用文檔.精品分析：系統(tǒng)在階躍擾動作用下，當(dāng)比例系數(shù)較大時，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差也較大，這是因?yàn)楸壤禂?shù)會加大幅值；在參加微分環(huán)節(jié)以后，系統(tǒng)的動態(tài)誤差明顯減小，但調(diào)節(jié)時間卻延長，這是因?yàn)槲⒎志哂谐暗淖饔茫梢栽黾酉到y(tǒng)的穩(wěn)定度?！?〕比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。Ti：為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)〞，積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而增大，他推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，知道為零，由于積分項(xiàng)的存在會使調(diào)節(jié)時間增大。因此，PI控制器可使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)太后無穩(wěn)態(tài)誤差。Kp:放大誤差的幅值，快速抵消干擾的影響，使系統(tǒng)上升時間降低，如果僅有比例環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會存在穩(wěn)態(tài)誤差。Td：自動控制系統(tǒng)在抑制誤差的調(diào)解過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，在控制器中僅引入“比例P〞往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)〞，他能預(yù)測誤差的變化趨勢。這樣具有比例加微分的控制器，就能夠提前十抑制誤差的的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而防止了被控量的嚴(yán)重失調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)解過程的動態(tài)特性?！?〕分析P、PI、PD、PID四種控制規(guī)律對本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。精品實(shí)用文檔.精品P:是根本的控制作用，比例調(diào)節(jié)對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快但會帶來余差。PI:PI調(diào)節(jié)中P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差，但是I調(diào)節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD:由于微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，震蕩周期變短，減小了誤差，但是微風(fēng)抗干擾能力差，且微分過大易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥動作向兩端飽和。PID:常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器，具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的控制質(zhì)量。五、思考題1.改變比例度δ和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？答：改變比例度δ會是調(diào)節(jié)器的參數(shù)改變，這可能讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性受一定的影響，增大比例度會使其超調(diào)量增大，使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。改變積分時間TI會使系統(tǒng)的精度提高，但也可能造成積分飽和。2.如采用下水箱做實(shí)驗(yàn)，其響應(yīng)曲線與中水箱或者上水箱的曲線有什么異同？試分析差異原因。答：采用下水箱做實(shí)驗(yàn)，其滯后時間會更短。精品實(shí)用文檔.精品原因：因?yàn)樗幕芈纷兊酶?，棄響?yīng)曲線會上升的