实验二、单容水箱液位pid整定实验

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1、实验二、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。3、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AE2000B1型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。三、实验原理图2-15图2-15为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制…个执行机构。本

2、系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带來满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后,系统的投运和参数整定是十分重要的工作。一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度§的大小不仅会影响到余

3、差的大小，而口也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只耍参数Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的

4、阶跃响应分别如图2J6屮的曲线①、②、③所示。图2J6P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查1）•关闭阀门00,往AE2000B1型过程控制对象的储水箱灌水，水位达到总高度的90%以上时停止灌水。2）•打开以齿轮泵为动力的支路至A水箱的所有阀门（包括有：阀门R10、阀门R18和阀门R11）,关闭动力支路上通往英它对象的切换阀门（包括有：阀门R19、阀门R13、阀HR12和阀HR14）o3）•打开A水箱出水阀（阀门R01）,开至适当的开度。4）.检查电源开关是否关闭。2、系统连线如图2J7所

5、示:1)•将I/O信号接口板上的A水箱液位的钮子开关打到1~5V位置。2)•将A水箱液位+(正极)接到ICP7017的AI0+端，A水箱液位一(负极)接到ICP7017的AI0—端。3)•将ICP7024的AOO+端接至电动调节阀的4~20mA输入端的+端(即正极)，将ICP7024的AOO—端接至电动调节阀的4~20mA输入端的一端(即负极)。4)•电源控制板上的电源空气开关、齿轮泵电源开关打在关的位置。3、启动实验装置1)•将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。2)•打开电源带漏电保护空气开关。3)•打开电源总

6、开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。4)•开启24VDC电源开关。打开7017、7024的电源开关。4、比例调节控制1)•启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验，如图2-18所示：图2-18实验软件界面2)•打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。3).设定给定值，调整比例系数(K)。1)•待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。2)•减小比例系数重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。3)

7、•增大比例系数重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。4).注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。5、比例积分调节器(PI)控制1)・在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置积分时间(Ti)不为0,观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2)個定比例系数值(中等大小)，改变PI调节器的积分时间常数值Ti,然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值吋的超调量op。表2-10积分时间常数Ti超调量op大不同Ti时的超调量op中小3)•固定积分时

8、间于某一中间值，然后改变比例系数的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同K值下的超调量op。表2-11比例系数K超调量。p大不同K值下的op中小6、比例积分微分调节（PID）控制1）•在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置微分时间（Td）参数，然后加上与