《2017現(xiàn)代控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告》

1、1020實(shí)驗(yàn)成績西安電子科技大學(xué)現(xiàn)代過程控制課程實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱單容水箱對象特性測試雙容水箱特性的測試上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)水箱液位串級控制系統(tǒng)學(xué)院班級學(xué)號姓名任課教師學(xué)期實(shí)驗(yàn)一單容水箱特性的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諉稳菟涞碾A躍響應(yīng)的測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法確定被測對象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件萬用電表一只三、實(shí)驗(yàn)原理由圖1-1知，對象的被控制量為水箱的液位H,控制量（輸入量）是流入水箱中的流量Q，手動閥V和V2的開度都為

2、定值，Q2為水箱中流出的流量。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在平衡狀態(tài)時(1)(2)動態(tài)時，則有Q1-Q2dVdt式中V為水箱的貯水容積，dV為水貯存量的變化率，它與H的關(guān)系dt(3)為：dV=Adh，即卩dV=AdhdtdtA為水箱的底面積。由上式得(4)基于Q2=RS1,R為閥V的液阻，則上式可改寫為2ARdh+h=KQsdt或?qū)懽鱄(s)K帀TS+1式中T=AR，它與水箱的底積A和V的R有關(guān)；K=R。2ss(5)s式(5)就是單容水箱的傳遞函數(shù)。若令Q(s)=R則式可改為KTRH(s)=xS+-TRKRxO=K00SSS+丄T對上式取拉氏反變換得h(t)=KR(1-e-Tt)(6)0當(dāng)tTa時，h(

3、g)=KR，因而有K=h(g)/R=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入00當(dāng)t=T時，則有h(T)=KR(1-e-i)=0.632KR=0.632h(x)00式(6)表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2所示。圖1-2單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖1-2所示的階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應(yīng)的時間，就是水箱的時間常數(shù)T。該時間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù)T,由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。如果對象的階躍響應(yīng)曲線為圖1-3，則在此曲線的拐點(diǎn)D處作一切線，它與時間軸交于B點(diǎn)，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸

4、近線交于A點(diǎn)。圖中0B即為對象的滯后時間t，BC為對象的時間常數(shù)T,所得的傳遞函數(shù)為:H(s)二Kes1+TS圖1-3單容水箱的階躍響應(yīng)曲線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟按圖1-1接好實(shí)驗(yàn)線路，并把閥VI和V2開至某一開度，且使V1的開度大于V2的開度。2接通總電源和相關(guān)的儀表電源，并啟動磁力驅(qū)動泵。3把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動操作位置，通過調(diào)節(jié)器增/減的操作改變其輸出量的大小，使水箱的液位處于某一平衡位置。4手動操作調(diào)節(jié)器，使其輸出有一個正的（或負(fù)的）階躍增量的變化（此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后，水箱的液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，如圖1-4所示。圖1-4單容

5、箱特性響應(yīng)曲線5啟動計(jì)算機(jī)記下水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線。6把由實(shí)驗(yàn)曲線所得的結(jié)果填入表中。五、實(shí)驗(yàn)報告要求掌握單容水箱階躍響應(yīng)測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法確定被測對象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。曲線如下所示：負(fù)階躍時截圖：初始時：液位為84.83，時間為5:24:26定(R甘時問13X)000.弔200G00輸出信C0P)Ir-M43D毎f-orip-yibjrllteff-ii14$fftffli上*汰越救於定11_厲史初圾1裁據(jù)推裹1識回主菜單1甘岀下踐達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63%時：液位為60.82，時間為5:25:48，T=82誼回主菜單穩(wěn)

6、態(tài)時：液位為45.74，時間為5:29:01足Q00軸岀下便制軌PV)IBOOOO勢敵證定近回主菓車那啊址200W044ffiffi歷史曲舞教詰烈表輪出值COP)TrunQasbhrpw4jt3Jibsltsfg-iil8箝出Jt隈1TOm正階躍時截圖：初始時：液位為53.28，時間為5:16:46輸出(op)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值63%時：液位為70.42，時間為5:18:03，T=772J陽定羯恆FV)輸出記(0P)15COOOO20000J0詛回45?單比倒愛侃I祝仔時問福岀下睦0J0051*IFW5ItWPMtiettfM呂州lbf-wip-mJr3耳*3燈?5i-mi-EL*-E55-眄E?5B

7、Oi沖海l&M/llWII1雖儻ml704生爸斥怡們I穩(wěn)態(tài)時：液位為80.68，時間為5:19:53筍出悄(OP)ITmiI氐IIOS啊Ki岀砒OjOO正向輸入到達(dá)平衡狀態(tài)時傳遞函數(shù)為H(s)_K_3Q(s廠TS+1_77S+1當(dāng)為負(fù)向輸入時其傳遞函數(shù)為：H(s)_K_3Q1(s廠TS+1_82S+1由實(shí)驗(yàn)曲線所得的結(jié)果如下表所示：參數(shù)值測量值放大系數(shù)K周期T液位h(變化)正階躍輸入37727.4負(fù)階躍輸入38239.09平均值379.533.245六、思考題在輸入階躍信號前，為什么過程必須處于平衡狀態(tài)？如果在系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的過程中改變階躍信號的大小，會出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？答：平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的，如果

8、不處于平衡狀態(tài)，就不能計(jì)算T,T,將無法確定其傳遞函數(shù)。如果在系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的過程中改變階躍信號的大小，系統(tǒng)將不能趨于原來的穩(wěn)定狀態(tài)，將會根據(jù)改變后的階躍信號，趨于穩(wěn)定或者不穩(wěn)定。在本實(shí)驗(yàn)中階躍信號是否可以任意選取，為什么？答：階躍信號不能任意選取，因?yàn)殡A躍信號取得太大，會影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；取得太小，會因讀數(shù)誤差和其他隨機(jī)干擾影響對象特性參數(shù)的精確度。一般取正常輸入信號的5%15%。水箱液位達(dá)到動態(tài)平衡后，改變氣動調(diào)節(jié)閥開度使進(jìn)水量發(fā)生改變，而出水閥開度沒有變化，液位為什么能夠再次達(dá)到動態(tài)平衡？答：系統(tǒng)的自平衡能力強(qiáng)，對于同樣大小的進(jìn)水閥開度變化，也位置改變一點(diǎn)就能恢復(fù)平衡。PID參數(shù)的調(diào)節(jié)就是

9、為了使系統(tǒng)能夠動態(tài)平衡。實(shí)驗(yàn)二雙容水箱特性的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜るp容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。根據(jù)由實(shí)際測得雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其傳遞函數(shù)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THJ-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、接口線1根3萬用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理卷能調(diào)節(jié)器手動出電劭K節(jié)同VIlfll_Lhl4圖2-5雙容水箱對象特性結(jié)構(gòu)圖由圖2-5所示，被控對象由兩個水箱相串聯(lián)連接，由于有兩個貯水的容積，故稱其為雙容對象。被控制量是下水箱的液位，當(dāng)輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖2-6所示。由圖2-6可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)的指數(shù)函

10、數(shù)(圖2-6(a),而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形狀(圖2-6(b)。顯然，多了一個水箱，液位響應(yīng)就更加滯后。由S形曲線的拐點(diǎn)P處作一切線，它與時間軸的交點(diǎn)為A，OA則表示了對象響應(yīng)的滯后時間。至于雙容對象兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)可按下述方法來確定。圖2-6雙容液位階躍響應(yīng)曲線圖2-7雙容液位階躍響應(yīng)曲線在圖2-7所示的階躍響應(yīng)曲線上求?。篽2(t)|t=tl=0.4h2(s)時曲線上的點(diǎn)B和對應(yīng)的時間t1；h2(t)|t=t2=0.8h2(s)時曲線上的點(diǎn)C和對應(yīng)的時間t2。然后，利用下面的近似公式計(jì)算式K=址()=輸入穩(wěn)態(tài)值階躍輸入量Ti+T“172.16仃):aI1-74-55)0.32t

11、.-.0,46由上述兩式中解出T1和T2,于是求得雙容（二階）對象的傳遞函數(shù)為一一G=gJ+1燼+1）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、接通總電源和相關(guān)儀表的電源。2、接好實(shí)驗(yàn)線路,打開手動閥,并使它們的開度滿足下列關(guān)系VI的開度V2的開度V3的開度3、把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動位置,按調(diào)節(jié)器的增/減,改變其手動輸出值,使下水箱的液位處于某一平衡位置（一般為水箱的中間位置）。4、按調(diào)節(jié)器的增/減按鈕,突增/減調(diào)節(jié)器的手動輸出量,使下水箱的液位由原平衡狀態(tài)開始變化,經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后,液位h2進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)。5、上述實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)實(shí)時記錄h2的歷史曲線和在階躍擾動后的響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1.初始值：輸出值為5

12、0%穩(wěn)態(tài)時：液位為107.6mm,流速為541L/h,時間為5:46:262.負(fù)階躍25%時：給一個正的負(fù)階躍增量（25%），輸出值為25%初始時：測量值為107.6mm,時間為5:46:26數(shù)上水箱用3.01開1用1開朗0端力呃動泵整定斤江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司ELIB193.0121.897.9實(shí)時曲線測量值（PVO輸出值（OP）150000.020000.0氣動調(diào)節(jié)閥100.00死區(qū)0.00輸岀上限輸岀下限0.00參數(shù)整定數(shù)據(jù)報表返回主菜單實(shí)驗(yàn)二、二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)VT-7實(shí)時曲域I液位測量值1.076e+002i.20065:46:26.：實(shí)時曲線

13、169.61457-74.0i5111比制度微嚮間積閤間歷史曲線|lreiLdintheforeground_pvlUpdategtopped!43rnm25.0%|Trend|TagConnection|Value|Date/Time26.2J01.-CC/OB5:46:00FM5:48:00FM5:50:00PM5:52:00FM/-j-浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司I進(jìn)TEL2)0.4h(g)時：液位為69mm,時間為5:49:25(3)0.8h(g)時：液位為94.79mm,時間為5:47:473.01開:用1開1氣動調(diào)節(jié)閥死區(qū)380滴力驅(qū)動泵參數(shù)整定笑冒隹Qw

14、25.0F1-10實(shí)時曲線39rnrn上水箱測量值(P輸出值(OP)150000.0T問迢|T砂Connection20000.0100.000.00輸岀上限輸岀下限0.00參數(shù)整定歷史曲線數(shù)據(jù)報表返回主菜單實(shí)驗(yàn)二S二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)時曲線193.0fl實(shí)時曲銭液位測量值9.479e+00120065:47:47.!茁水箱121.897.9169.6145.774.050.1撒滬積幣間Value|Date/Time|Trendintheforeground_pvlUpdatestopped!26.2-空J(rèn)01/02/065:46:00PM5:48:00PM5:50:00FM5:52

15、:00Fh.-1/-7-浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司電Z7TEL態(tài)時：液位為45.41mm,流速為432L/h,時間為5:52:163.正階躍25%時：此時輸出值為50%。初始時：測量值為39.31mm,時間為5:55:59LT23.011用1開氣動調(diào)節(jié)閥死區(qū)整定參數(shù)50.0LT1中水箱測量值（PV）輸出值（OP）150000.0Trend|T眄ConnMionValueDateZTime20000.0100.000.00輸岀上限輸岀下限0.00380血力馳動泵實(shí)驗(yàn)二、二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)時曲線192.5168.7144.6120.5112rnrn實(shí)時曲銭I

16、液位測量佰3.931e+00120065:55:59.；噌）度微鬻間積營間TrendintheforegroiandpvlUpdatestopped!上水箱LLLIjE,.01/IJ2/065:56:00FM5:58:00FM6:00:00F*M6:02:00FM1參數(shù)整定ra歷史曲線數(shù)據(jù)報表返回主菜單浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司I蘭少TEL2)0.4h(8)時：測量值為70.27mm,時間為5:58:41(3)0.8h(8)時：測量值為95.2mm,時間為6:00:57數(shù)LT1中水箱3.01開:用1開:用1開吒動調(diào)節(jié)閥380加力呃動泵整定48.224.1LT2測量值

17、(PV)輸出值(OP)150000.0TagConn總ction20000.0100.00死區(qū)0.00輸岀上限輸出下限0.00參數(shù)整定歷史曲線數(shù)據(jù)報表返回主菜單實(shí)驗(yàn)二、二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)實(shí)時曲線192.5168.7144.6120.5液位測量值9.520e+00120066:00:57.1諸水箱嚅度Value|D呂館/Time積滬微滬上水鉅F二TrendintheforegroundpvlUpdatestopped!111mm50.0%T舊rd|0,0J!,.01Z02Z065:56:00PM5:58:00FM6:00:00PM6:02:00PM(4)穩(wěn)態(tài)時：測量值為106.6mm,

18、時間為6:02:58,流速為541L/h歷史曲線浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司TEL實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表中：階段初始值(mm)輸出值(%)穩(wěn)態(tài)值(mm)0.4h(g)(mm)08h(8)(mm)流速(L/h)值時間值值時間值時間值時間調(diào)整50%107.65:46:26541負(fù)階躍107.65:46:2625%45.415:52:16695:49:2594.795:47:47432正階躍39.315:55:5950%106.66:02:5870.275:58:4195.26:00:575416、把由計(jì)算機(jī)作用的實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析處理,并把結(jié)果填表入下表中：參數(shù)值液位h測量值K

19、T1T2T正向輸入0.62負(fù)向輸入0.57平均值0.595五、實(shí)驗(yàn)報告要求：根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)和曲線，分析并計(jì)算出雙容水箱液位對象時的參數(shù)和傳遞函數(shù)。六、思考題：做本實(shí)驗(yàn)時，為什么不能任意改變兩個出水閥門開度的大??？答：當(dāng)閥門改變時，水箱出水速度改變，影響水箱的時間常數(shù)，從而打破了原來系統(tǒng)的平衡，需要重新調(diào)整控制器參數(shù)以達(dá)到新的平衡。引起雙容對象滯后的因素主要有哪些？答：雙容水箱的控制是通過控制上水箱的平衡已達(dá)到上水箱穩(wěn)定的出水量與中水箱出水量的動態(tài)平衡，引起雙容水箱滯后的因素主要有傳感器的靈敏度，氣動閥門的靈敏度以及水泵的響應(yīng)快慢等因素。試分析雙容水箱對象特性與單容水箱對象特性有什么區(qū)別？答

20、：單容水箱的階躍響應(yīng)曲線是呈指數(shù)增長的，沒有滯后環(huán)節(jié)；雙容水箱的階躍響應(yīng)曲線呈S型，有明顯的滯后環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)三上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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1THJ-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、接口線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)的被控制上水幫芋二pPl-HiliJt水箱圖3-1上水箱液位定值控制結(jié)構(gòu)圖量。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

21、等于給定值。由反饋控制的原理可知，應(yīng)把上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測后的信號作為反饋信號。圖3-1為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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。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按圖3-1要求，完成系統(tǒng)的接線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3.打開閥Fl-1、Fl-2、F1-6和F1-9,且把F1-9控制在適當(dāng)?shù)拈_度。4選用單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中所述的某種調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定好調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。5設(shè)置好系統(tǒng)的給定值后，用手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使電動調(diào)節(jié)閥給上水箱打水，待其液位達(dá)到給定量所要求的值，且基

22、本穩(wěn)定不變時，把調(diào)節(jié)器切換為自動，使系統(tǒng)投入自動運(yùn)行狀態(tài)。6.啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件軟件，并進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%15%）,觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。2）待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，適量改變閥F1-6的開度，以作為系統(tǒng)的擾動，觀察并記錄在階躍擾動作用下液位的變化過程。7適量改變PI的參數(shù)，用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和截圖：P=6時：50rnrn45rnm30.5%實(shí)驗(yàn)流程參數(shù)整定數(shù)據(jù)報表返回主菜單P=8時：80mm75mmP=8，I=150000時：實(shí)驗(yàn)三、上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)歷史曲線聲冒炬Q%37A-9o12R-r.

23、jr-1.3-8.3cd11_un-_y98更時曲線輸出上限浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司TEL鬧間50mm50mrn150000.020000.0輸出下限33.4%歷史曲線P=6，I=150000時：浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司TEL:0571-8522316080mm80mm43.1%設(shè)定值（SVP=6，D=20000時：50rnrn45rnm25.9%P=8，D=20000時：80mm75mm47.9%實(shí)驗(yàn)流程參數(shù)整定歷史曲線數(shù)據(jù)報表返回主菜單P=7，I=150000，D=200001開1:用1開:數(shù)據(jù)報表數(shù)整定設(shè)定值(SV)測量值23比例度(K)150000.020

24、000.0100.00死區(qū)0.00輸出上限輸出下限0.00實(shí)驗(yàn)流程參數(shù)整定返回主菜單實(shí)驗(yàn)三“上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)歷史曲線8:39:00PM8:40:00FM8:41:00PM更時曲線浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限譽(yù)司TEL滬積滬130.1fl126.51121.01115.51no.oJ104.5139.0193.5188.0177,0I71.5166.01J55.0j49.5144.0133.0j27.5122.0J16.5j11.05.5101/02/068:38:00PM自動手動五、實(shí)驗(yàn)報告要求：50rnrn50mm29.3%輸出值(OP)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線,分析系統(tǒng)

25、在階躍擾動作用下的動、靜態(tài)性能。整理數(shù)據(jù)如下表：PID參數(shù)超調(diào)量CT(%)調(diào)節(jié)時間t(s)穩(wěn)態(tài)誤差e(mm)P=63.7218P=82.0155P=6,I=1500000590.5P=8,I=15000011.31715P=6,D=80001.52511P=8,D=200003.52912P=7,I=150000,D=2000010.7350.3分析：系統(tǒng)在階躍擾動作用下，P增大時，穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減小。加入積分控制后，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差明顯減小，(理論上)積分時間常數(shù)越大，超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度大幅度變慢。加入微分控制后，微分時間常數(shù)會增加系統(tǒng)的阻尼比，其值越大，系統(tǒng)的

26、超調(diào)量越小，調(diào)節(jié)時間和穩(wěn)態(tài)誤差幾乎不變。比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。答：不同的PID參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響：比例作用可以加快使系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但是會使振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時間變長，適當(dāng)?shù)丶哟蟊壤刂疲梢詼p少穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度；積分作用可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是會降低系統(tǒng)的快速性；微分作用可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間等，但微分作用有可能會放大系統(tǒng)的噪聲，降低系統(tǒng)的抗干擾能力。對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響：加大比例作用可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分作用有助于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)控制精度，但積分作用過大時，系統(tǒng)可能產(chǎn)生振蕩，不利

27、于系統(tǒng)的穩(wěn)定性；微分環(huán)節(jié)，可以在誤差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，它引入了一個早期的修正作用，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。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。答:P：比例是最基本的控制作用，比例調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是可以對控制作用和擾動作用很快做出響應(yīng)，缺點(diǎn)是無法消除余差。PI：PI調(diào)節(jié)器中的P調(diào)節(jié)可以快速抵消干擾的影響，而I作用具有消除余差的能力，但是會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PD：由于微分的超前作用，可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使振蕩周期變短，減小誤差，但是微分作用抗干擾性差，并且當(dāng)微分作用過大時，容易導(dǎo)致系統(tǒng)變化緩慢。PID：是一種常見的性能最好的調(diào)節(jié)器，具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，

28、能夠提高系統(tǒng)的質(zhì)量，對動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能都有很大的改善和提高。六、思考題：改變比例度6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6可以使偏差減小，比例度6越大，偏差越小，但不能消除偏差，而且比例度6太大會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性；Ti可以把余差全部累加起來，從而消除誤差，提高系統(tǒng)的無差度，時間常數(shù)Ti越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也隨之降低。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：如果采用下水箱做實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)曲線中滯后時間會更短。原因：因?yàn)樗幕芈纷兊酶?，所以響?yīng)曲線會上升的更快。上位機(jī)所顯示的響應(yīng)曲線可能會出現(xiàn)幅度

29、不等的毛刺，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？答：有毛刺出現(xiàn)時很常見的情況，毛刺出現(xiàn)的原因有很多種，可能是儀器設(shè)備老化，需要檢修。也有可能是上位機(jī)系統(tǒng)檢出的測量值的有一定的誤差，也有可能是實(shí)物控制系統(tǒng)突然的不穩(wěn)定，水流速度有偶然性的突變。毛刺和周圍的環(huán)境也有一定的關(guān)系，可能是人在設(shè)備旁邊走動，碰到了設(shè)備，大聲叫喊等等原因。實(shí)驗(yàn)四串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?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。比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。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。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THJ-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)

30、軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3萬用表一只三、實(shí)驗(yàn)原理圖4-1雙容對象控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以中水箱與下水箱為被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。基于系統(tǒng)的給定量是一定值，要求被控制量在穩(wěn)態(tài)時等于給定量所要求的值，所以調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為PI或PID。本系統(tǒng)的執(zhí)行元件既可采用電動調(diào)節(jié)閥，也可用變頻調(diào)速磁力泵。如果采用電動調(diào)節(jié)閥作執(zhí)行元件，則變頻調(diào)速磁力泵支路中的手控閥F2-4或F2-5打開時可分別作為中水箱或下水箱的擾動。圖4-1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖4-2為控制系統(tǒng)的方框圖。圖4-2雙容液位定值控制系統(tǒng)方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1圖3-9所示，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。2接通

31、總電源和相關(guān)儀表的電源。3.打開閥FIT、Fl-2、Fl-7、F1T0和F1T1,且使F1T0的開度大于F1-11的開度。4用本章第一節(jié)實(shí)驗(yàn)中所述的臨界比例度法或4：1衰減振蕩法整定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。5設(shè)置系統(tǒng)的給定值后，用手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，控制電動調(diào)節(jié)閥給中水箱打水，待中水箱液位基本穩(wěn)定不變且下水箱的液位等于給定值時，把調(diào)節(jié)器切換為自動，使系統(tǒng)投入自動運(yùn)行狀態(tài)。6啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件軟件，并進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加階躍擾動（給定量增加5%15%）,觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。2）待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，啟運(yùn)變頻器調(diào)速的磁力泵支路，分別適量改變閥F2-4或閥F2-5

32、的開度（加擾動），觀察并記錄被控制量液位的變化過程。7.通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標(biāo)。用計(jì)算機(jī)記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。1）僅有P作用：初始數(shù)據(jù)：P=2.0，設(shè)定值為60mm的變化曲線：3比殛0數(shù)據(jù)報表返回主菜單參數(shù)整定Trndinthfrb*dTrendinth*for.houndcpl積娜|1800000積簇用輸出上限10000死區(qū)_|手動設(shè)定值（sv）MS（F/輸出值OP實(shí)驗(yàn)四串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)25.；12Z02/173:3400PM33500PMW丄叢III702/33173318&nPK331.00PMl3300Ptatlkforcrono

33、dsplt刃CcryecgcFraMilhfor*(rou*dtf1圖4-688.284.079.875.667.263.058.850.442.037.833.629.4500.016.812.6375.0250.00.0187.512.W173:34:00PM3:35:00PM125.062.570.000000ggjgggg99.49E.621.012/02/173:23:00PM3:3O:OCiPNG:32:00PI43:34:00PM3:36:00PM比1比例度GO2.01死區(qū)輸出下限0.00TrendValueDate/Time實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)歷史曲線實(shí)時曲線

34、歷史曲域參數(shù)整定設(shè)定值(sv)180000.020000.0100.00輸出上限Trend,in.theforegroundsplTagConnection返回主菜單ProcessValuarchivessp!Pioces知dueArchivepv1微簇用中水箱港位設(shè)定值中水箱液位測量值積瀘I|手動|測量值(PV)輸出值(OP)flIILL人枉啊倨沃Fll公司TEL02/20173:34:09.927圖4-7將比例P改為4.0時響應(yīng)曲線：實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)設(shè)定值（SV稱匕値(OP)90mn比驅(qū)（K）|40|比篠用|叫護(hù)|偵0000枳簇埔I0傲讀

35、間|20000.0微銭用|6j0%9OO0CCO0中*帝液位股罡佰輸出Ml13死區(qū)輸岀下限000圖4-8數(shù)據(jù)報表I返回主菜單I曲司圖4-9圖4- 歷史曲銭中水箱液位設(shè)定值中水箱液位測量值ProcessValu&rchivBspI90.00000043.438705/02/20173:39:24.394F02/20173:39:24.394F圖4-10圖4-122）同時有P和I作用：初始數(shù)據(jù)為：P=2.0,1=180000.0,設(shè)定值為60mm的變化曲線：圖4-13圖4- 圖4-14圖4- 圖4-163)P=2.0,1=1500000：設(shè)定值為60mm的變化曲線:圖4- 圖4-18自動手動2.0

36、110參數(shù)整定繆I鷲I鹽|Q俯30.0250.063.054.045.036.027.060rnm設(shè)定值sv)測量值(PV)輸出值(OP)比例度(K)150000020000.0100.00死區(qū)0.00輸出上限輸出下限0.00TrendTagConnectionValueDate/Time數(shù)據(jù)報表Trendintheforegroundspl實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)歷史曲線198.0189.0180.033.081.072.0500.018.0187.52:57:00PI3:58:00PH:59:00PhJOOOOPfi3:01:00Pt8:02:00Pig：03:00Pb3:0

37、4:00PI3:05：a0Pta：06:00PM歷史曲銭/02/20173:05:53.370F02/20173:05:53.370F60.00000060.322315171.0162.0153.0144.0135.0126.0117.0108.0214.6207.0ProcessV.alue.rchivBspIFrocessValuaiiJchivel.pv1437.51375.01312.51中水箱液位設(shè)定值中水箱液位測量值9.00.012/02/17陀間比聲集用積制間UlLL人農(nóng)頭2U?冃誠公司EL：0571-85223160125.0162.51LU,12/02/172:58:00P

38、M3:00:00FM3:02:Q0PM3:04:00PM3:06:00PM實(shí)時曲線圖4- 圖4-20圖4-224）同時有PID作用：初始數(shù)據(jù)為：P=2.0,D=20000.0,1=150000.0設(shè)定值為60mm的變化曲線：自動手動2.0111TrendTagConnectionValueDate/Time參數(shù)整定ELI鹽|QITI39.286.880.674.468.255.824.8250.0歷史曲銭6.20.060rnm設(shè)定值sv)測量值(PV)輸出值(OP)比例度(K)150000020000.0100.00死區(qū)0.00輸出上限輸出下限0.00數(shù)據(jù)報表Tr

39、endintheforegroundspl實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)136.4117.8111.6105.462.049.6實(shí)時曲線31.0500.018.6187.512702/172:44:00PN2:45:00PI:46:00Fh:47:00FW:4&00Fh，E：49:00PN2:50:00FkE:51:00PN&52:血PM?:53:00FM147.0142.6/02/20172:44:12.880F02/20172:44:12.880F130.2124.060.00000038.484367ProcessV.alue.rchivBspIFrocessValuaiiJch

40、ivel.pv1歷史曲線437.51375.01312.51中水箱液位設(shè)定值中水箱液位測量值陀間比聲集用積制間125.0162.51一LUI.,.12/02/172:44:00Ph它4&0QPh:48:00PhC50:00Pb42:52:00PM圖4-23圖4- 圖4-24自動手動2.0111TrendTagConnectionValueDate/Time參數(shù)整定鷲I鹽|QIT39.286.880.674.468.255.824.8250.0歷史曲銭6.20.060rnm設(shè)定值sv)測量值(PV)輸出值(OP)比例度(K)150000020000.0100.00死區(qū)0.00輸出上限輸出下限0.

41、00數(shù)據(jù)報表Trendintheforegroundspl實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)歷史曲線136.4117.8111.6105.462.049.6實(shí)時曲線31.0500.018.6187.512702/172:44:00PN2:45:00PI:46:00Fh:47:00FW:4&00Fh，E：49:00PN2:50:00FkE:51:00PN&52:血PM?:53:00FM147.0142.660.00000059.753685/02/20172:45:26.869F.W20172:45:26.869f130.2124.0ProcessV.alue.rchivBspIFroces

42、sValuaiiJchivel.pv1437.51375.01312.51中水箱液位設(shè)定值中水箱液位測量值陀間比聲集用積制間UlLL人農(nóng)頭2U?冃誠公司EL：0571-85223160125.0162.51LU,12/02/172:44:00Pk2:46:00PNe：48:00Ptv2:50:00Pf:52:00PM圖4-26自動手動2.0111TrendTagConnectionValueDate/Time參數(shù)整定鷲I鹽|QIT39.286.880.674.468.255.824.8250.0歷史曲銭6.20.060rnm60rnm設(shè)定值SV)測量值(PV)輸出值(OP)比例度(K)1500

43、00020000.0100.00死區(qū)0.00輸出上限輸出下限0.00數(shù)據(jù)報表Trendintheforegroundspl實(shí)驗(yàn)四、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)136.4117.8111.6105.462.049.6實(shí)時曲線31.0500.018.6187.512702/172:44:00PN2:45:00PI:46:00Fh:47:00FW:4&00Fh，E：49:00PN2:50:00FkE:51:00PN&52:血PM?:53:00FM147.0142.6/02/20172:51:50.684F02/20172:51:50.684F130.2124.060.00000062.251122

44、歷史曲線ProcessV.alue.rchivBspIFrocessValuaiiJchivel.pv1437.51375.01312.51中水箱液位設(shè)定值中水箱液位測量值陀間比聲集用積制間UlLL人農(nóng)頭2U?冃誠公司EL：0571-85223160125.0162.51“LU,12/02/172:45:00PM2:47:00PE:49:00PM2:51:00PhC:53:00PM圖4-27五、實(shí)驗(yàn)分析根據(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。答：本實(shí)驗(yàn)對象是雙容對象，在階躍擾動作用下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線不會立即變化，從前面的圖中可以看出系統(tǒng)響應(yīng)曲線的變化也不會太強(qiáng)烈，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)

45、時間后能達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，不過此時的穩(wěn)態(tài)誤差較大。雙容對象可看作是單容對象加上一個慣性環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)相當(dāng)于一個低通濾波環(huán)節(jié)可以慮掉一些低頻干擾。比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。答：P取兩個不同值時，比例較大時系統(tǒng)響應(yīng)較快；在比例大小保持不變時，積分時間越小積分作用越強(qiáng)，系統(tǒng)響應(yīng)越快；在比例大小保持不變時，微分時間越大微分作用越強(qiáng)；在將PID都加上時系統(tǒng)響應(yīng)曲線能取得各個調(diào)節(jié)的優(yōu)勢達(dá)到較為滿意的狀態(tài)。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。答：P控制可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)有滯后因選較大的比例作用。PI可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差，在本實(shí)驗(yàn)中還是有較小的穩(wěn)態(tài)誤差存在，但比純比例

46、作用系統(tǒng)響應(yīng)要好的多。PD控制可以加快只有比例作用的系統(tǒng)響應(yīng)，結(jié)合PID中各參數(shù)的作用選擇合適的PID參數(shù)對本實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，在圖4-14中可以看到PID作用下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線較為理想能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。六、思考題：你能說出下水箱的時間常數(shù)比中水箱時間常數(shù)大的原因嗎？答：下水箱的輸入是中水箱的輸出，因此下水箱響應(yīng)系統(tǒng)輸入時的速度比中水箱更慢，相當(dāng)于在中水箱的基礎(chǔ)上又加了一個慣性環(huán)節(jié)。為什么雙容液位控制系統(tǒng)比單容液位控制系統(tǒng)難于穩(wěn)定？答:雙容液位控制系統(tǒng)有較大滯后環(huán)節(jié)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定，甚至引起系統(tǒng)的振蕩，比起單容液位控制系統(tǒng)來說更難控制。比較實(shí)驗(yàn)圖像，分析在不同的PI參數(shù)下系統(tǒng)的動態(tài)性能變化趨勢并

47、根據(jù)控制理論做出相應(yīng)解釋。答：P控制可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)有滯后因選較大的比例作用。PI可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差，在本實(shí)驗(yàn)中還是有較小的穩(wěn)態(tài)誤差存在，但比純比例作用系統(tǒng)響應(yīng)要好的多。PD控制可以加快只有比例作用的系統(tǒng)響應(yīng)，結(jié)合PID中各參數(shù)的作用選擇合適的PID參數(shù)對本實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，在圖4-14中可以看到PID作用下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線較為理想能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)五鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理2研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用3了解PID參數(shù)自整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THJ-2型高級過程控制

48、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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)原理圖5-1鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖5-1為鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。模擬鍋爐的內(nèi)膽主要是模擬工業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際鍋爐的加熱容器，其控制任務(wù)就是在電加熱絲不斷加熱的過程中保持鍋爐內(nèi)膽的水溫不變，即控制鍋爐內(nèi)膽水溫等于給定值，但實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前必須先通過電動調(diào)節(jié)閥支路給鍋爐內(nèi)膽打水,當(dāng)水位上升至適當(dāng)高度才開始加熱，并在加熱過程中不再加水。系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)器為工業(yè)上常用AI智能調(diào)節(jié)儀。鍋爐內(nèi)膽水溫的定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣，但由于加熱過程容量時

49、延較大，所以其控制過渡時間也較長。圖5-2鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1按圖5-1要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。打開閥Fl-1、Fl-2、F1-5和F1-13,關(guān)閉其它所有與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的閥,用電動調(diào)節(jié)閥支路給鍋爐內(nèi)膽打水至2/3最大容量左右時,停止打水。按階躍響應(yīng)曲線法，確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)（5和”，并整定之。5設(shè)置好溫度的給定值，先用手操作調(diào)節(jié)器的輸出，通過三相移相調(diào)壓模塊給鍋爐內(nèi)膽加熱,等鍋爐水溫趨于給定值且不變后，把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)。打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，并進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)：當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)彳丁后，突加階

50、躍擾動（將給定量增加5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標(biāo)。用計(jì)算機(jī)記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和截圖如下：P=3時：P=3，I=150000時：25.01C23.1C5.7%35.0C34.7C2,4%P=3，I=250000，D=11000時：實(shí)驗(yàn)六、鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)浙江天埋科技實(shí)業(yè)有限發(fā)司TEL:0571-8522316030.01C30.5C3.8%五、實(shí)驗(yàn)報告要求：1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。PID參數(shù)超調(diào)量O（%）調(diào)節(jié)時間t（s）s穩(wěn)態(tài)誤差e（C）P=301542.5P

51、=3，I=150000-463-P=3，I=250000，D=11000-621-2.不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。答：（1）比例控制（P）是最簡單的控制方式，它決定了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在一個系統(tǒng)中如果只使用比例控制，會存在穩(wěn)態(tài)誤差。增大比例系數(shù)P，會使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。比例系數(shù)偏大時，振蕩次數(shù)加大，調(diào)節(jié)時間變大。比例系數(shù)太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定，而比例系數(shù)太小又會使系統(tǒng)的動作緩慢。（2）在積分（I）控制中，積分的作用是使系統(tǒng)穩(wěn)定后沒有靜差。積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，T太小會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，i提高系統(tǒng)的控制精度。（3）在微分（D）控制中，微分作用

52、可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，T偏大時超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間短；T偏小時超調(diào)量dd和調(diào)節(jié)時間都較長。對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。3.P、PI、PD、PID四種控制規(guī)律對本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。答：（1）比例調(diào)節(jié)P使系統(tǒng)響應(yīng)快但會帶來余差。（2）PI調(diào)節(jié)器中P調(diào)節(jié)可以快速抵消干擾的影響，積分調(diào)節(jié)消除余差，但會使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。（3）PD控制中由于微分的超前作用，可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，使振蕩周期變短，減小誤差，但是微分作用抗干擾能力差，且微分過大，易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥動作向兩端飽和。（4）PID控制具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)。六、思考題：1溫度控制系統(tǒng)中，為什么用PD

53、和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制有明顯地改善？答：目前溫度傳感器采用熱電偶或熱電阻有零點(diǎn)幾秒到十幾秒的延遲，在控制中必須增加微分作用D提前產(chǎn)生作用。在實(shí)際運(yùn)用中會與工況變化不相符，往往是超調(diào)嚴(yán)重而調(diào)亂PID參數(shù)。需要仔細(xì)觀察動作變化結(jié)果，合理調(diào)節(jié)PID的參數(shù)。2.在階躍擾動作用下，用PD調(diào)節(jié)器控制時，系統(tǒng)有沒有余差存在？為什么？答:系統(tǒng)有余差存在，因?yàn)槲⒎植⒉荒芟嗖?，只有積分能在比例的基礎(chǔ)上消除系統(tǒng)的余差。3.實(shí)驗(yàn)過程中鍋爐溫度降低速度較慢，如想加速溫度降低能采取什么辦法？答：在停止加熱的前提下，可以在鍋爐中加入冷水。用水冷壁的方法，可以快速降溫?；蛘邔⒅車鷾囟冉档停瑢⒈涞奈矬w靠

54、在鍋爐壁上，用熱傳遞的方法降溫。實(shí)驗(yàn)六水箱液位串級控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2掌握串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)的整定方法3研究階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.町-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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)原理每一個回路中都有一個屬于自己的調(diào)節(jié)器和控制對象，即主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，作為系統(tǒng)的被控對象，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，它的輸出是一個輔助的控制變量。本系統(tǒng)控制的目的不

55、僅使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)具有良好的動態(tài)性能，且在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)的被控制量等于給定值，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。當(dāng)有擾動出現(xiàn)于副回路時，由于主對象的時間常數(shù)大于副對象的時間常數(shù)，因而當(dāng)被控制量（下水箱的液位）未作出反映時，副回路已作出快速響應(yīng)，及時地消除了擾動對被控制量的影響。此外，如果擾動作用于主對象，由于副回路的存在，使副對象的時間常數(shù)大大減小，從而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善了動態(tài)性能。圖5-2為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖5-3為相應(yīng)控制系統(tǒng)的方框圖。修卷賣峯）UaSS帆家）一H料疋輩叫*mvr!中hH下2捌町旌社石|郭址土筑威H圖6-2液位串級控制系統(tǒng)的方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟1按圖6-1要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接

56、線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3.打開閥Fl-1、Fl-2、Fl-7、Fl-10、F1-11，且使閥F1-10的開度略大于F1-11。4按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置好副調(diào)節(jié)器的比例度。5調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)出現(xiàn)4：1的衰減度，記下此時的比例度6和周期T。據(jù)此，按經(jīng)驗(yàn)表查得PI的參數(shù)對SS主調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定。6手動操作主調(diào)節(jié)器的輸出，以控制電動調(diào)節(jié)閥支路給中水箱送水的大小，等中、下水箱的液位相對穩(wěn)定，且下水箱的液位趨于給定值時，把主調(diào)節(jié)器切換為自動。7.打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，并進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加階躍擾動（將給定量增/減5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)

57、的輸出響應(yīng)曲線。2）適量打開閥F2-4，觀察并記錄階躍擾動作用于副對象（中水箱）時，系統(tǒng)被控制量（下水箱液位）的響應(yīng)過程。3）將閥F2-4關(guān)閉，去除副對象的階躍擾動，且待系統(tǒng)再次穩(wěn)定后，再適量打開閥F2-5,觀察并記錄階躍擾動作用于主對象時對系統(tǒng)被控制量的影響。8通過反復(fù)對主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較滿意的動、靜態(tài)性能。用計(jì)算機(jī)記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和截圖如下：主調(diào)節(jié)器:P=3時副調(diào)節(jié)器：P=2,1=100000,主調(diào)節(jié)器：P=3,1=150000,D=11000實(shí)驗(yàn)十、水箱液位串級控制實(shí)驗(yàn)主那IZ比I參數(shù)整定TB委QO播匍佝110000哼卿箱岀下FR000rt4ib4fr.口1實(shí)臉潦程數(shù)據(jù)報表歷丈線實(shí)XH：850671254104502005500剛5600則018048您38恥288蹴UOOBtDOOPM-1200FW11400PM1600P*1800FW12000FW實(shí)驗(yàn)十、水箱液位串級控制實(shí)驗(yàn)現(xiàn)&名設(shè)仙力王ttm)叫腫110000r簇用輸岀上憶5EE輸出TFR