水箱液位控制02.docVIP

实验二 水箱液位定值控制系统 一、实验目的 了解单闭环液位控制系统的结构与原理； 了解单闭环液位控制系统调节器的参数整定方法； 3． 研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。 二、实验设备及安全注意事项 1．实验设备：1）THJ-2高级过程控制系统； 2）计算机，MCGS组态软件等； 2．安全注意事项：1）用电安全；2）爱护仪器设备； 三、实验原理 1 ) 常规控制器 1．比例控制器 控制器是控制系统的心脏。它的作用是将测量变送信号与设定值相比较产生偏差信号，并按一定的运算规律产生输出信号。控制器的输出一般送到控制阀。 比例控制器的输出与偏差成比例： U ( t ) = Kc e (t) + U。 式中，U ( t )为控制器输出信号；e (t)为设定值与测量变送信号之差，Kc为控制器增益；U。为当偏差e (t)为零时的输出信号值，它反映了比例控制的工作点。 几乎所有的工业用控制器，不用Kc而用比例度PB来进行刻度： PB = 100 / Kc ; 通常， 1≤PB≤500： PB： 500 400 200 100 60 50 30 20 10 5 2.5 1 Kc： 0.2 0.25 0.5 1 1.67 2 3.33 5 10 20 40 100 比例控制器的传递函数表达式为： Gc ( s) = Kc ； 或 Gc( jω) = Kc ； 显然比例控制器的振幅比(AR)和相角(φ)都是恒定的，分别为Kc和0°。 用比例控制时，Kc大小对受控变量过渡过程的影响较为明显。随着Kc的变化、过渡过程各项指标的变化见下表： 放大系数 Kc 由 小 变 大 衰 减 比： 　大 → 小； 稳定程度 ： 　逐 渐 降 低； 最大偏差 ： 　大 → 小； 余 差 ： 　大 → 小； 由表可看到反馈控制器增益调整中的基本矛盾： 稳定程度与控制精度(在表中体现为最大偏差和余差) 的矛盾。 Kc增加能使控制精度提高，但使稳定程度变差。Kc参数的整定，就是对这两项指标在作权衡。 ◆　设被控变量最终稳态值是C，超出其最终稳态值的最大瞬态偏差为B。 设定值和扰动作用阶跃变化时过渡过程的典型曲线 主要的时域指标包括衰减比、超调量与最大动态偏差、余差、调节时间和振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比 衰减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。 它等于曲线中前后两个相邻波峰值之比，即： n = B / B’ 衰减比n1，过渡过程是衰减振荡，n越大，衰减越大，系统越接近非周期过程。为保持足够的稳定裕度，衰减比一般取 (4 ：1)～(10 ：1)，这样，大约经过两个周期，系统趋于新的稳态值。对于少数不希望有振荡的过渡过程，需要采用非周期的形式。 超调量与最大动态偏差 在随动控制系统中，超调量是一个反映超调情况和衡量稳定程度的指标。则定义超调量为： σ = (B /C) *100 % 对定值控制系统来说，最终稳态值是零或是很小的数值，仍用σ作为超调情况的指标就不合适了。通常改用最大动态偏差A作为一项指标，它指的是在单位阶跃扰动下，最大振幅B与最终稳态值C之和的绝对值： 　　　　　　　　｜Ａ｜＝｜Ｂ＋Ｃ｜ 余差 余差e (∞)是系统的最终稳态偏差，即过渡过程终了时新稳态值与给定值之差： e (∞) = r — c(∞) = r — c ； 对于定值控制系统，r = 0，则有 ：e (∞) = —C。 ； 余差是反映控制精确度的一个稳态指标，相当于生产中允许的被控变量与给定值之间长期存在的偏差。 2．比例积分控制器 比例积分控制器的算式为： ； 积分作用：减小余差，降低了系统稳定性；为了维持原有的稳定性，控制器增益必须降低。 积分时间的变化对过度过程的影响，有两种情况： ①其他参数不变，仅Ｔi变化； ②以系统稳定性保持不变为条件，在Ｔi变化时必须相应调整比例度； ａ）Ｋc不变，Ｔi变化； ｂ）在相同衰减比下，Ｔi变化； 在ａ情况下，Ｔi越小，控制作用越强；它使最大偏差减小，工作频率增加，而稳定性也变差； 在ｂ情况下（即为了恢复稳定性，而相应地将比例度提高的工况），Ｔi越小最大偏差越大，工作频率越低。 由于前提条件不同，虽然都是减小Ｔi，但对最大偏差和工作频率的影响正好相反，这是必须注意的。这也说明在讨论实际问题时，必须重视问题的前提条件，具体问题作具体分析。 ３．比例积分微分控制器 　　理想的ＰＩＤ控制