过程控制实验678.docVIP

实验六、单容水箱液位PID控制系统 一、实验目的 1、经过实验熟习单回路反应控制系统的构成和工作原理。 2、研究系统分别用P、PI和PID调理器时的阶跃响应。 3、研究系统分别用P、PI和PID调理器时的抗扰动作用。 4、定性地剖析P、PI和PID调理器的参数变化对系统性能的影响。 二、实验设施 1、THKGK-1型过程控制实验装置： GK-02、GK-03、GK-04、GK-07(2台) 2、万用表一只 3、计算机系统 三、实验原理 1、单容水箱液位控制系统 图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图7-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反应控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或除去来自系统内部或外面扰动的影响。单回路控制系统因为构造简单、投资省、操作方便、且能知足一般生产过程的要求，故它在过程控制中获取宽泛地应用。 当一个单回路系统设计安装就绪以后，控制质量的利害与控制器参数的选择有着很大的关系。适合的控制参数，能够带来满意的控制成效。反之，控制器参数选择得不适合， 则会致使控制质量变坏，甚至会使系统不可以正常工作。所以，当一个单回路系统构成此后，怎样整定好控制器的参数是一个很重要的实质问题。一个控制系统设计好此后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 图7-2单容液位控制系统构造图 系统由本来的手动操作切换到自动操作时，一定为无扰动，这就要求调理器的输出量 能及时地追踪手动的输出值，并且在切换时应使丈量值与给定值无偏差存在。 一般言之，拥有比率（P）调理器的系统是一个有差系统，比率度δ的大小不单会影 响到余差的大小，并且也与系统的动向性能亲密有关。比率积分（PI）调理器，因为积分 的作用，不单能实现系统无余差，并且只需参数δ，  Ti  选择合理，也能使系统拥有优秀的 动向性能。比率积分微分（  PID）调理器是在  PI  调理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，又能改良系统的动向性能（迅速性、稳固性等）  。在单位阶跃作用 下，P、PI、PID  调理系统的阶跃响应分别如图  7-3中的曲线①、②、③所示。 . T(c) 2 3 1 ess 1 0t(s) 图7-3、P、PI和PID调理的阶跃响应曲线 四、验内容与步骤 1、比率（P）调理器控制 1）、按图7-1所示，将系统接成单回路反应系统（接线参如实验一）。此中被控对象是 上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。 2）、启动工艺流程并开启有关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。 3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程 曲线作好准备。 4）、在开环状态下，利用调理器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值 （一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。 5）、察看计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调理器切换到 纯比率自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的 地点，比率度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的地点，调理器的“手动”开关拨到“自动”地点），让系统投入闭环运转。 6）、待系统稳固后，对系统加扰动信号（在纯比率的基础上加扰动，一般可经过改变设 定值实现）。记录曲线在经过几次颠簸稳固下来后，系统有稳态偏差，并记录余差大小。 7）、减小δ，重复步骤6，察看过渡过程曲线，并记录余差大小。 8）、增大δ，重复步骤6，察看过渡过程曲线，并记录余差大小。 9）、选择适合的δ值就能够获取比较满意的过程控制曲线。 10）、注意：每当成完一次试验后，一定待系统稳固后再做另一次试验。 2、比率积分调理器（PI）控制 1）、在比率调理实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处“关” 中间某一地点，并把积分开关置于“开”的地点），察看被控制量能否能回到设定值，以验  旋至 证在  PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 2）、固定比率度δ值（中等大小），改变 跃扰动后被调量的输出波形，并记录不一样  Ti  PI调理器的积分时间常数值 值时的超调量σp。  Ti，而后察看加阶 表二、δ值不变、不一样Ti时的超调量σ  p 积分时间常数大  中  小 Ti 超调量σp 3）、固定积分时间Ti于某一中间值，而后改变δ的大小，察看加扰动后被调量输出的 动向波形，并列表记录不一样δ值下的超调量σp。 表三、  Ti值不变、不一样δ值下的σ  p 比率度δ  大  中  小 超调量σ  p 4）、选择适合的δ和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程 曲线。此曲线可经过改变设定值（如设定值由50%变成60%）来获取。 3、比率积分微分调理（  PID）