實驗二實驗報告電子版2014

1、電子科技大學中山學院學生實驗報告系別：機電工程學院專業(yè)：自動化課程名稱：過程控制與自動化儀表班級：自動化姓名:學號:組別:實驗名稱：2.單容水箱液位PID控制實驗實驗時間：2014-11-成 績：教師簽名:批改時間：2014-一、實驗目的1、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。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、實驗設備1、THKGK-1型過程控制實驗裝置：GK-02、GK-03、GK-04、GK-07（2 臺）2、計算機系統(tǒng)三、實驗原理1、

2、單容水箱液位控制系統(tǒng)進水擾動圖7-1、單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖（自行繪出單容水箱液位控制系統(tǒng)是一個單回路反饋控制系統(tǒng)，它的控制任 務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)由于結構簡單、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PID調(diào)節(jié)器能電應用。當一個單回路系統(tǒng)設計安裝就緒之后，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，則會導致控制質(zhì)量變壞，甚至會使系統(tǒng)不能正常工作。因此，當一個單回路系統(tǒng)組成以后，如何 -二儲丞箱二 整定

3、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)設計好 I 一以后，系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定是十分重要的工作。圖7-2單容液位控制系統(tǒng)結構圖系統(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)，比例臉 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。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)0，Ti選擇合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性 刑） 能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎 再 1 上

4、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)的階躍響應分別如圖7-3中的 曲線、所示。圖7-3、P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應曲線四、實驗內(nèi)容與步驟1、比例（P）調(diào)節(jié)器控制1）、將系統(tǒng)接成單回路反饋系統(tǒng)。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的儀器，調(diào)整傳感器輸出的零點與增益。3）、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備。4）、在開環(huán)狀態(tài)下，利用調(diào)節(jié)器的手動操作開關把被控制量“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%

5、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)，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（在純比例的基礎上加擾動，一般可通過改變設定值實現(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。，重復步驟6,觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。8）、增大。，重復步驟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)實驗的基礎上，加入積分作用（

6、即把積分器“I”由最大處“關”旋至中間某一 位置，并把積分開關置于“開”的位置），觀察被控制量是否能回到設定值，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?。?，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。表10值不變、不同Ti時的超調(diào)量。p積分時間常數(shù)Ti大中小超調(diào)量O p3）、固定積分時間T i于某一中間值，然后改變0的大小，觀察加擾動后被調(diào)量輸出的動態(tài)波形，并 列表記錄不同0值下的超調(diào)量。p。表2、Ti值不變、不同0值下的。p比例度0大中小超調(diào)量。p4）、選擇合適的。和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入

7、擾動的輸出響應為一條較滿意的過渡過程曲線。此曲 線可通過改變設定值（如設定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。3、比例積分微分調(diào)節(jié)（）控制1）、在PI調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎上，再引入適量的微分作用，即把0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，并進行分析。五、注意事項1、實驗線路接好后，必須經(jīng)指導老師檢查認可后才能接通電源。2、若參數(shù)設置不當，可能導致系統(tǒng)失控，不能達到設定值。六、實驗內(nèi)容1、用接好線路的單回路系統(tǒng)進行投運練習，并敘述無擾動切換的方法。2、實驗曲線：1）P調(diào)節(jié)時，作