一阶上水箱对象特性测试实验

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1、实验一：一阶上水箱对象特性测试实验一、实训目标1.测量单容水箱特性曲线2.构成单回路，加入阶跃扰动，调节PID参数得到4:1曲线。3.在实验中用运用时间常数、放大倍数、滞后时间、对单容水箱进行控制。4.对时间常数、放大倍数、滞后时间、进行计算得到参数。5.在实验中调节器的比例度，积分时间，微分时间.参数的变化对实验的影响。二、知识目标1、了解单容液位控制相关知识。2、PID参数整定相关知识3、调节器参数整定相关知识。三、任务相关知识1、调节器参数整定基础知识调节器参数的整定是过程控制系统设计的核心内容之一。它的任务是：根据被控过程的特性确定

2、PID调节器的比例度δ，积分时间TI及微分时间TD的大小。在简单的过程控制系统中，调节器参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，保证系统具有一定的稳定裕量。调节器的参数整定方法，主要有临界比例度法、衰减曲线法。（1）临界比例度法这是一种闭环整定方法。由于该方法直接在闭环系统中进行，不需测试过程的动态特性，因为方法简单，使用方便，获得了广泛的应用。具体步骤如下：●先将调节器的积分时间TI置于最大（TI=∞）微分时间TD置零（TD=0），比例度δ置为较大的数值，使系统投入闭环运行。●待系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃扰动，并减小δ，直

3、到系统出现如图1.1所示的等幅振荡，即临界振荡过程。记录此时的δk（临界比例带）和等幅振荡周期TK。●根据记录的δk和TK，按表给出的经验公式计算出调整器的δ、TI及TD的参数。需要指出的是，采用这种方法整定调节器的参数时会受到一定的限制，如有些过程控制系统不允许进行反复振荡实验，像锅炉给水系统和燃烧控制系统等，就不可能应用此法。再如某些时间常数较大的单容过程，采用比例调节时根本不可能出现等幅振荡，也就不能应用此法。这是目前使用较多的一种方法。它是先通过试验得到临界比例度PB和临界周期Tk，然后根据经验公式求出控制器各参数值。具体做法如下：

4、1)被控系统稳定后，把控制器的积分时问放到最大，微分时间放到零(相当于切除了积分和微分作用，只使用比例作用)。2)通过外界干扰或使控制器设定值作一阶跃变化，观察由此而引起的测量值振荡。3)从大到小逐步把控制器的比例度减小，看测量值振荡的变化是发散的还是衰减的，如是衰减的则应把比例度继续减小；如是发散的则应把比例度放大。（2）衰减比例度法衰减曲线法是通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值的，有4：1和10：1两种衰减曲线法，具体做法如下(以4：1为例)：1)在闭合的控制系统中，将控制器变为纯比例作用，比例度放在较大的数值上。2)系统达到稳

5、定后，通过外界干扰或使控制器设定值作一阶跃变化，观察记录曲线的衰减比。3)从大到小改变比例度，直至出现4：1衰减比为止，记下此时的比例度Ps(叫4：1衰减比例度)并从曲线上得出衰减周期Ts(在4：1曲线中为峰——峰时间，如图2)。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动1次时间为Ts。得到了衰减比例度Ps和衰减周期Ts后，就可根据表2中的经验公式求出控制器的P、Ti、Td参数值了。衰减曲线对多数过程都适用，该方法的缺点是较难确定4：1的衰减程

6、度，从而较难得到准确的δ、Ti及Td的值。（3经验凑试法经验凑试法是长期的生产实践中总结出来的一种整定方法。它是根据经验公式先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭合的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，观察过渡过程曲线，运用P、Ti、Td对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度P、积分时间Ti和微分时间Td逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。1闭合的控制系统中，根据经验并参考表4的数据，选出一个合适的P、n值作为起始值，将系统投人自动。2)通过改变设定值对控制系统施加一个干扰，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变P或Ti

7、，再观察控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止，这时的P和Ti就是最佳值。3)如果调节器是PID三作用方式，那么要在整定好的P和丁i的基础上加进微分作用。由于微分作用有抵制偏差变化的能力，所以确定一个Td值后，可把整定好的P和n值减小一点再进行现场凑试，直到P、n和Td取得最佳值为止。经验凑试法的特点是方法简单，适用于各种控制系统，因此应用非常广泛。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。但是此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往费时较多。为了缩短整定时间，可以运用优选法

8、，使每次参数改变的大小和方向都有一定的目的性。值得注意的是，对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数，这是由于对每一条曲线的看法，有时会因人而异，没有一个很