双容水箱液位PID控制实验

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1、“过程控制系统设计”实物实验报告实验名称：__双容水箱液位PID控制实验__姓名：_______郭少杰_______学号：_______20113324_____班级：_______2011033_____指导老师:_______孙宇贞_______同组人：____程国鑫、高若阳____实验时间：2013年5月15日一、实验目的学习双容水箱液位PID控制系统的组成和原理进一步熟悉PID的调节规律进一步熟悉PID控制器参数的整定方法二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（WindowsXP操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理单回路调节系统，一般是指用一个控制器

2、来控制一个被控对象，其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。双容水箱液位PID控制系统也是一种单回路调节系统，典型的双容水箱液位控制系统如下图所示：图1双容水箱液位PID控制系统的方框图在双容水箱液位PID控制系统中，以液位为被控量。其中，测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理；PID控制器是整个控制系统的核心，它根据设定值和测量值的偏差信号来进行调节，从而控制双容水箱的液位达到期望的设定值。单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求，只有在单回路调节系统不能满足生产更高要求的情况下，才采用复杂的调节系统。2、PID调节规律PID控制是比例、积分、微

3、分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。目前，PID控制仍然是得到最广泛应用的基本控制方式。常用的PID控制规律有：P、PI、PD、PID，可根据被控对象的特点和控制要求选择其中之一作为控制器。3、PID控制器参数的实验整定方法双容水箱液位PID控制器参数整定，是为了得到某种意义下的最佳过渡过程。我们这里选用较通用的“最佳”标准，即要求在阶跃扰动作用下，被调量的波动具有衰减率0.75左右，在这个前提下，尽量满足准确性和快速性的要求。常用的实验整定方法有：a、动态特性曲线法b、稳定边界法c、衰减曲线法四、实验步骤1、进入实验运行四水

4、箱实验系统DDC实验软件，进入首页界面，选择实验模式为“实物模型”。单击实验菜单，进入双容水箱液位PID控制实验界面。2、选择控制回路a）选择控制对象在实验界面的“请选择控制回路”选择框中选择控制回路，从两个回路中任选一个。这里，我们选择“水箱1和3”作为控制回路，此时只有水箱1的PID控制器是有效的。b）控制回路构成根据选择的控制对象，调节相应的进水阀状态。以“水箱1和3”对象为例，此时需打开水箱1和3的对应阀门，关闭其它进水阀，从而构成双容PID控制回路。具体的设置方式请参考《单容水箱特性测试实验》的实验步骤4。3、选择PID控制器的工作点a、PID控制器设置成手动方式假定我们选

5、择了“水箱1和3”构成的控制回路，则相应地设置水箱1的控制器。单击实验界面中的“水箱1液位控制器”标签，打开控制器窗体，如下图所示：单击控制器窗体中的“手动”按钮，将控制器设置成手动；b、设定工作点单击控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值，如下图所示：4、设置PID控制器参数根据对象特性，设置P、I、D参数：假定估算PID参数如下：P＝5I＝20D＝0将参数输入控制器中；单击控制器界面中的“参数设置”按钮，弹出控制器参数设置窗体，如下图所示：通过键盘输入比例系数、积分时间和微分时间，一般不用修改其它参数。5、启动水箱1液位PID控制器a、将控制器改成自动方式：单击控

6、制器窗体的“自动”按钮；b、改变设定值：单击控制器窗体SV柱体旁的增/减键，改变控制器的设定值SV。6、水箱1液位PID控制器的控制效果通过“实时趋势”或“历史趋势”窗体可以查看趋势曲线；根据趋势曲线，从超调量、过渡时间和衰减比等方面对控制效果进行评估；当达到或接近期望效果时，跳到第8步。7、根据控制效果，调整PID控制器参数当控制效果不佳时，重新将控制器设置成手动，根据以下几条参考调节规律或其它经典的调节规律修正PID参数：a、如果系统出现振荡时，应适当减小比例作用和积分作用；b、如果系统出现较大的超调时，应当减小积分作用；反之，应加大积分作用；c、如果期望缩短过渡时间，可以适当加

7、大比例作用；d、液位调节中，一般不用微分作用；跳转到第4步，继续实验。8、数据记录记录控制的调节参数，并利用趋势窗体查看控制效果，并结果记录在下表中：时间19:29:0620:46:53控Kc0.70.5制I(s)438.9438.9参D(s)00数超调量（%）43%36.8%过渡时间（s）28801632稳态误差00衰减率0.7331效果评估超调量大，衰减率小超调量和衰减率均有所改善（详细计算过程见纸质版报告）上述表格的得到过程如下：1、对实验数据纸中的