过程控制实验单容水箱属性测试及pid参数整定

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1、单容水箱属性测试及PID参数整定专业：自动化班级：指导老师：组员姓名：实验时间：第八周周円5-8节、周四9-12节一、实验目的1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。3）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。4）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。5）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、MCGS程序运行环境、计算机、RS2

2、32-485转换器1只、串□线1根、实验连接线。三、实验原理1）、对象特性测试设单容水箱的输入为2,，输出为22,液位为//调节输入输出，当系统平衡时：Q,（t,）-e2（t2）=o；当系统由于输入变化处于动态时：Q,（o-e2（t）=^=A.^；h(t)~r7=>"TQl⑻-塑=Av.w=」LR22】(S)AR2s+1得到传递函数为◦⑻=AR^s+1ts+令2,有阶跃变化量xQ，拉氏变换式取拉氏反变换：峭）=^:。（1-0）当t4oo//(co)-H(0)=Kx0=>K=小。0)-H(0)xAt=

3、TH(T)=Kx0(l-e_1)=0.632Kx()2)、PID参数整定加入PID控制后的系统框图如下图Kf)MpT，rr丄，7；丄；］丄有经验可知：T(>T=>zrUM，经验试凑法；①P(7；=oo,7；?=0)此时并给系统一个阶跃信号，观察波形直到第一次峰值和第二次峰值之比大于4;1②1)1(7>0)适当减小逐渐减小7；,给系统一个阶跃信号，观察波形直到第一次峰值和第二次峰值之比大于4;1©PID适当增大&,，，7；，7；=0逐渐增大，重复上述操作，得到合适的PW参数。四、实验内容和步骤1）、对象

4、特性测试1.按要求连接试验设备，如下图•h騄柃WUtS，6d6嫩嫩WWMWiOO"O*•AV/VjW^.6°d□□fflffllgfflafflgg的wfisisntu6aSd57Jet3闷MlSI巇秦!轚粕出«Urrrri/(toA/0iA.'teA/OoL<>L<^Lo-Lorrrri/LoLqLop;alhQ-^Q—Q•1•<••说11—一沮度变送器>.州.-W.AWWW>«M>VWWAM嫩撕MWJm量卜0^0P4VDC….源1实验接线图2.打开对象特性测试软件，

5、调节出水阀到一个合理的幵度保持不变，设置参数调节入水阀开度，使系统保持平衡（h不变）。3.在平衡条件下，增大入水阀开度，观察响应，并记录数据2对象特性测试软件界面1.绘制阶跃响应曲线，计算系统传递函数。2）、PTD参数整定1.调节入水阀，出水阀使h衡定2.按照经验试凑法，从P，Pl，P1D顺序依次设置参数，逬行P1D参数诊定如图：3液位PTD参数整定实验软件界面1.根据得到的参数以及阶跃响应曲线，分析参数的合理性。五、实验结果与分析1、对象特性测试(1)、根据所得数据画出阶跃响应曲线如圈表标题Mia榮

6、100532u2系列320040060080010001200时间t/s(2)、根据两点法，求出一阶环节的相关参数。设液位高度为h，逬水阀幵度为u得：K二訓-＞，(0)二28.6-13.5=294Aw0.05取曲线上两点(200,21.3)和(284,23.4),该两点分别为tl和t2的对应ln[l-/(A)]-ln[l-/(Z2)]246s;ZjnU-yUrJnU-/%)]=334gln[l-/(()]-ln[l-/(r2)]取t3=8s、t4二143s、t5=238s逬行验证:*19-145h>T

7、y(r4)=—^=o.375«y2(r4)=l-e278=0.33;148-31.21221J-14.512238-31.2=0.55-y2*(z4)=l-/2780.53;计算结果与实际测量值的差距不大可以接受，则最后结果为;K=294;T=246s;t=33.4s2、液位PID参数整定(1)、P调节器控制时的阶跃响应曲线如下图所示＜该曲线参数如下：水位初始高度hl=6.4cm;阉门幵度OP=10%;设定水位h0=20Cm;比例系数KP=10;第一个峰值高度h2=34.6cm;第二个峰值高度为h

8、3=22.4cm;第一个偏移量与第二个偏移量之比n=6.1〉4;满足要求；采用P调节器控制的余差e«1.2;超调量cr%«95.1%;对该试验曲线逬行分析得知：增大KP时，可以减小系统稳态误差，加快系统响应速度，从而提高系统的控制精度，但隨着KP的增大，系统的超调量也隨之增大，从上图中第一次峰值的高度可以看出超调量增加，而且KP过大以后降低系统的相对稳定性，造成了第二个峰值及其以后的峰值呈现一个等幅振荡，无法达到平衡。(2)、PI调节器控制时的阶跃响应曲