自動檢測實驗報告07單容水箱也為pid控制系統(tǒng)

中南大學(xué)儀器與自動檢測實驗報告冶金科學(xué)與工程學(xué)院系冶金專業(yè)10級試驗班級姓名陳曉晨學(xué)號0505100102同組者席昭實驗日期2013年4月11日 指導(dǎo)教師 實驗名稱： 單容水箱液位PID控制系統(tǒng)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1、單容水箱液位控制系統(tǒng)給定值圖7-1給定值圖7-1、單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖反饋值圖7-1為單容水箱液位控制系統(tǒng)。這是一個單回路反饋控制系統(tǒng)，它的控制任務(wù)是使水箱液位等于給定值所要求的高度；并減小或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動的影響。單回路控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單、投資省、操作方便、且能滿足一般生產(chǎn)過程的要求，故它在過程控制中得到廣泛地應(yīng)用。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6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)6，

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①、②、③所示。圖7-3、P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線三、 實驗設(shè)備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、 電腦，及過程控制實驗軟件四、 實驗步驟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hl。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。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6，重復(fù)步驟6,觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。8） 、增大6，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6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。五、注意事項1、實驗線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后才能接通電源。2、必須在老師的指導(dǎo)下，啟動計算機系統(tǒng)和單片機控制屏。六?實驗結(jié)果及處理輸出輸出2117:02 17:03 17:04 1?05時間輸出輸出2117:02 17:03 17:04 1?05時間七?結(jié)果與討論PID控制特點與適用場合：特點：集成P、I、D作用，只要參數(shù)選擇合適(較麻煩)，可同時改善穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能。適合于：對象滯后大，負(fù)荷變化大但不頻繁，控制要求高場合，如反應(yīng)器溫度控制或成分控制等。2、 控制器是自動控制系統(tǒng)的核心，它接受變送器或轉(zhuǎn)換器送來的標(biāo)準(zhǔn)信號，按預(yù)定的規(guī)律(稱控制作用或控制規(guī)律)輸出標(biāo)準(zhǔn)信號，推動執(zhí)行器消除偏差，使被控參數(shù)保持在給定值附近或按預(yù)定規(guī)律變化，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制?？刂破鞯妮敵鲂盘杫與輸入偏差信號e(=PV-SP)之間隨時間變化的規(guī)律y=f(e