一阶上水箱对象特性测试与单回路控制实验

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1、一阶上水箱对象特性测试与单回路控制实验一、实验目的：测量单容水箱特性曲线构成单回路，加入阶跃扰动，调节PID参数得到4:1曲线。二、主要内容：1、生产过程（液位）的建模试验（测试不同流阻下的响应曲线，注意过程的非线性特性）；2、单回路（液位）控制系统的投运，测试不同PID参数下的系统品质指标的区别，总结PID控制作用对控制质量的影响。三、实验数据：1.开度为20%高度(mm)h1测量时间(s)t1体积(ml)V18014.56500开度为30%高度(mm)h2测量时间t2体积(ml)V22948.27500数据计算特性参数

2、为K、T。K=(h2-h1)/x=21.4/0.1=214;T=R*C=0.819*415.265=340.1s其中R=(h2-h1)/(Q2-Q1)=0.819s/cm*cmQ1=V1/t1=34.34ml/sQ2=V2/t2=60.46ml/s计算得到实验模型传递函数的的参数后，便可以用方程来表示出该模型。K=214T=3402将水箱构成单回路闭环控制图1一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且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

3、实现系统无余差，而且只要参数δ，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）。首先，不加入积分与微分。适当的调节比例度，曲线没有超调，当减小比例度时，余差随着减小了。然后加入积分环节来消除余差，将I调节到150余差减小了，继续减小I，结过系统震荡此时第一波峰很大超调亮量明显增加，为消除震荡，将P增加为4，这是震荡减小。最后再增加微分作用，超调量变得比之前更好，此时可以适当减小比例度P，使系

4、统余差进一步减小，得到了接近4:1的曲线。四、开环特性曲线与闭环控制曲线开度由20%变为30%时：图2图3开度为30%时过渡过程曲线P=1.5时，如图4图4P=1.5，I=150时的曲线。如图5图5系统震荡，增大比例度，P=1.7如图6图6然后将比例度增加到2加入积分P=2，I=90，如图7图7再加入微分，D=、8、9、10、30。如图8图8(以上四图)曲线的第一波峰仍然很大，说明比例度取得不好，再加大比例度，而微分取在8到10间即可。P=3时如图9，超调仍可以再减少；P=4,I=90,D=9时，由图10可以看到此时曲线超

5、调很小，余差几乎没有了。图9图10五、总结单回路PID的控制作用，比例作用对动态性能来说就是提高系统的快速性，同时对于静态性能可以减小余差；积分主要消除于静态偏差，积分作用太强会是动态变坏；微分作用直接使系统动态性能变好，动态偏差减小。在PID参数整定时，先由比例度开始，而且往往需要大一些，这是作为工程中应重视的问题，以免使系统工作点溢出。积分时间由大到小调节，微分时间由小开始。太大反而不好如图8中最后一图。另一个问题是注意尽量减少最大偏差。这也是工程中的实际问题。通过这次实验，对于单回路PID控制有了深一步的认识，经过一

6、次小小的实验能够感觉到以后在实际工程可能遇到更多、更复杂的问题，需要进一步的接触一些实际工程问题才能真正体会到PID控制的精髓。