CS4000型试验装置.PDF

CS4000 型实验装置 双容水箱对象特性测试及PID 控制实验指导书 一、实验目的 1、 了解双容对象的动态特性及其数学模型 2 、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理 3、 掌握双容水箱特性的测定方法 4 、学习双容水箱液位 PID 控制系统的组成和原理 5、熟悉 PID 的调节规律 6、 掌握 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（Window XP 操作系统） 三、实验原理 1、双容对象特性实验测定法原理 本次实验需要求取对象的飞升曲线（即阶跃响应曲线）或方波响应曲线。飞升曲线是在 输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉 冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。在获得特性曲线的基础上，进行分析获得 相应的对象特性。 双容对象飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下： （1） 选择工作点 给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定 （2 ） 测绘飞升曲线 让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时间变化的曲线 （3 ） 获得对象的动特性 假定在输入量变化量为Δu 时测绘的飞升曲线如图１所示： 图 １ 双容水箱液位 PID 控制系统的方框图 因此，可估算双容水箱的模型为 K () −τs G s （1） p Ts +1 其中 K Δy * u len （2 ） Δu y len τ Tao （3 ） 于是用实验法测出了双容水箱的动特性。 2、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图２所示： 干扰 设定值 液位 × PID控制器 执行机构 双容水箱 ＋ - 测量值 测量电路 图 ２ 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。 （１） PID 调节规律 PID 控制是比例、积分、微分控制的简称。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。 （２） 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