雙容水箱pid控制

1、“過程控制系統(tǒng)設計”實物實驗報告實驗名稱:雙容水箱液位PID控制實驗姓名：王季誠學號：20101496班 級： 2010032班指導老師：李芹同組人： 黃圣、沈依春實驗時間：2013年5月21日一、實驗目的1、學習雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)的組成和原理2、進一步熟悉PID的調節(jié)規(guī)律3、進一步熟悉PID控制器參數的整定方法二、實驗設計（畫出“系統(tǒng)方框圖”和“設備連接圖”）1.設備連接圖如下圖（1）：圖（1） 設備連接圖2.系統(tǒng)框圖如下圖（2）：圖（2）系統(tǒng)方框圖三、實驗步驟1、進入實驗運行DDC實驗系統(tǒng)軟件，選擇DDC實驗；2、選擇控制回路a）選擇控制對象：“水箱1和3”作為控制回路，此時只有水

2、箱1的PID控制器是有 效的。b）控制回路構成:打開水箱1和3的對應閥門，關閉其它進水閥，從而構成雙容?1。 控制回路。3、選擇PID控制器的工作點a）PID控制器設置成手動方式:設置水箱1的控制器，單擊實驗界面中的“水箱1液 位控制器”標簽，打開控制器窗體，如下圖所示：圖（3）單擊控制器窗體中的“手動”按鈕，將控制器設置成手動；b）設定工作點：單擊控制器界面中MV柱體旁的增/減鍵，設置MV（U1）的值，如 下圖所示：圖（4）將閥門U1開度設置在某一確定值即選定某一工作點；4、設置PID控制器參數根據對象特性，設置P、I、D參數：如下圖所示:圖（5）5、啟動水箱1液位PID控制器a）將控制器改

3、成自動方式：單擊控制器窗體的“自動”按鈕；b）改變設定值：單擊控制器窗體SV柱體旁的增/減鍵，改變控制器的設定值SV。6、根據控制效果，調整PID控制器參數四、實驗記錄（包括實驗數據和波形圖）為得到PI控制的初始值，先按照實驗一的方法進行動態(tài)測試，得出對象 的K,T, T，根據響應曲線法整定公式計算出PI控制器的初始值。得到 K=0.45，Ti=663.3s , g(s) = 54 -e - 20is468 s +11、將參數設定為K=0.45、T=663.3s、T =0時數據及波形圖如下圖（6）：c圖（6）K=0.45、T =663.3s、T廣。時的波形圖表（1）第一組曲線數據超調量b %0

4、%過渡時間（土 2%）（s）1200穩(wěn)態(tài)誤差0.22、K=0.8、T=663.3s、T廣0時數據及波形圖如下:圖（6） K =0.5、T =600s、q=0時的波形圖超調量b %22過渡時間（土 2% ） （s）100.98穩(wěn)態(tài)誤差0.13、K=0.8、T=863s、T =0時數據及波形圖如下:圖（7） K =0.8、T =863s、T =0時的波形圖超調量b %21.875過渡時間（土 2%）（s）1828穩(wěn)態(tài)誤差0五、結果分析將以上實驗數據綜合在下表（5）中:表（5）實驗結果綜合表組別第一組第二組第三組控制參數P0.450.80.8I(s)663.3663.3863D(s)000超調量（）

5、0%22%21.875%過渡時間（s）12001000.981828穩(wěn)態(tài)誤差0.20.10效果評估過渡過程時間 較長。超調量較大超調量一般，過渡過程時間 長。1、將實際的PID參數與經驗法得出的參數進行比較，并驗證經驗法。適當加大積分時間會使超調量大大減小，調整時間變化不大，由于經驗法得出 的積分時間較小，積分作用較大，那么得到的曲線超調量會較大，甚至不穩(wěn)定。這 說明經驗法雖然整定出控制器參數，但是仍需要在實際過程中進行微調。2、比較單容和雙容PID控制的效果。由于單容和雙容水箱均為有自平衡能力的系統(tǒng)，所以均需要加入積分控制，而 積分作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，故單容和雙容水箱的控制均無靜差，但是在響

6、應速度方 面兩者有很大差異：1）單容水箱是一階系統(tǒng)，其PID控制非常直接、簡單，系統(tǒng)對擾動的響應迅速， 過渡時間也短。2）雙容水箱可以看做是兩個單容水箱的串聯(lián)，所以其PID控制總體反應比單容 水箱環(huán)節(jié)慢很多，如：對擾動的響應存在遲延、過渡過程時間長。3、根據趨勢曲線，計算在較佳控制參數下的超調量、過渡時間和衰減比等特性參 數從表中比較可得，第二組數據為實驗過程中的最優(yōu)數據，其超調量小、過渡過 程時間短，但是其衰減率幾乎為100%4、分析P、I、D三種調節(jié)作用對控制效果的影響1）P：比例控制是基礎，適當加大比例作用可加快響應速度、減小余差，但是 過大的比例作用會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；2）I：積分控

7、制可消除穩(wěn)態(tài)偏差，但是過大或過小的積分作用會使系統(tǒng)變慢、 控制不及時，甚至不穩(wěn)定。并且積分作用一般不單獨使用，常常把比例與積分 組合使用；3）D：微分控制可改善動態(tài)特性，但是其對靜態(tài)毫無作用，并且在頻繁的外擾， 如流量、液位和部分壓力控制的場合下不應使用。所以本次雙容水箱液位控制 中不能使用液位控制。六、思考題1、實驗系統(tǒng)在運行前應做好哪些準備工作？在實驗前需做好實驗預習報告，理解雙容水箱PID控制的組成和原理；整理好利用經驗法整定得到的參數，實驗時可投入，然后根據實際情況調整;在實驗系統(tǒng)運行前應調節(jié)好水箱1、3的閥門后，將電動閥門手動打開到開度 為30%，然后等待系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，才能投入P

8、ID控制。2、比較單容PID控制器和雙容PID控制器的控制效果，并分析之。由于單容和雙容水箱均為有自平衡能力的系統(tǒng)，所以均需要加入積分控制， 而積分作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，故單容和雙容水箱的控制均無靜差，但是在響應速度 方面兩者有很大差異：單容水箱是一階系統(tǒng)，其PID控制非常直接、簡單，系統(tǒng)對擾動的響應迅速， 過渡時間也短。雙容水箱可以看做是兩個單容水箱的串聯(lián)，是一個二階系統(tǒng)，所以其PID控 制總體反應比單容水箱環(huán)節(jié)慢很多，如：對擾動的響應存在遲延、過渡過程時間長。 雙容水箱經常簡化為帶有遲延的一階慣性環(huán)節(jié)。3、比較以上兩種不同的被控對象，分析PID控制器的通用性。比較單容、雙容水箱，其PID控制都能到達基本要求：穩(wěn)定性好、超調量較好、 過渡過程時間較短。但由于單容水箱系統(tǒng)較為簡單，所以總體性能比雙容水箱好。PID控制是公認具有簡單易懂、實現方便、適用性好、魯棒性強等優(yōu)點，它兼有 比例、積分和微分三種控制作用的特點，所以只要三種控制作用配合得當，PID控制 既能快速控制，又能消除靜差，具有較好的控制性能。七、心得體會在做實驗數據時，我們的本意是減小超調量與調整時間，結果錯誤的減小了 比例作用，使得調整時間變得更長了(理論來說超調量也