二阶系统模拟调节.docVIP

贵州大学实验报告 学院：电气工程学院 专业： 测控技术与仪器 班级：测仪101 姓名 任洁灵 学号 1008040041 实验组 5 实验时间 2012/12/19 指导教师 陈湘萍 成绩 实验项目名称 二阶系统的模拟调节 实验目的 1）、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。 2）、研究系统分别用P、PI和PID调节时的控制性能。 3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 实验要求 采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。 实验原理 图2-1、双容水箱液位控制系统的方框图 图2-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度；具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。 对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数δ和Ti调节得合理，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的控制作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。 实验仪器 TKGK-1实验台、万用表、秒表. 实验步骤 （一）、比例（P）调节器控制 1）、按图2-1所示的结构接成单回路的实验系统。其中被控对象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。 2）、把调节器置于“手动”状态，其积分是时间常数置于最大处，微分作用开关设在“关”的位置，比例度设置于最大值处，“正-反”开关拔到“反”的方向，即此时的调节器为比例调节（P）。 3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机程序，在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被调量调到给定值（一般把液面高度控制在水箱高度的50%处）。 4）、观察计算机显示屏的曲线，待被调量基本稳定于给定值后，即可将调节器的开关由“手动”位置拔到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。 5）、待系统的输出趋于平衡不变后，加入阶跃扰动信号（一般可通过改变设定值的大小来实现），经过一段时间运行后，系统进入了新的平衡状态。利用秒表和LT2液位指示仪表记录整个过渡过程曲线,计算系统的余差ess和超调量σp的大小 。 （二）、比例积分调节器（PI）控制 1）、在比例调节器控制实验的基础上，加上积分作用，即把“I”（积分）由最大处（“关”） 旋至中间某一位置，观察被控制量是否能回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 2）、固定比例度δ值（中等大小），给定一积分时间Ti值。然后加一阶跃扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线、调节时间tS、超调量σP。 注意: 过小的δ和过小的Ti都可能会导致系统的不稳定。 （三）、比例积分微分调节器（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D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，以看出微分D对系统性能的影响。 2）、选择合适的δ、Ti和Td ，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从50%增至60%来实现）。 实验内容 （一）、比例（P）调节器控制 （二）、比例积分调节器（PI）控制 （三）、比例积分微分调节器（PID）控制 实验数据 双容比例调节器控制（初始平衡状态水位为6cm）： t（秒） 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 LT2读数 (cm) 5.57 5.29 5.04 4.73 4.33 3.95 3.69 3.55 3.54 3.59 双容比例积分调节控制（初始平衡状态水位为7cm）： t（秒） 60 120 180 240 300 360 420 480 540 LT2读数 (cm) 7.04 7.09 7.12 7.14 7.14 7.16 7.18 7.19 7.20 双容比例积分微分调节器控制（初始平衡状态水位为3cm）: t（秒） 30 60 90 120 150 180 210 240 270 LT2读数 (cm) 3.66 4.30 4.97 5.72 6.45 7.25 7.99 8.64 9.18 t（秒） 300 330 360 390 420 450 480 510 540 LT2读数 (cm) 9.67 10.21 10.68 11.04 11.30 10.28 9.77