单容水箱液位PID控制系统设计.ppt

单容水箱液位PID控制系统设计 实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。 3、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。 4、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。 实验设备 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 实验原理 单容水箱液位控制系统 实验原理 实验内容与步骤 1、比例（P）调节器控制 1）、按图1所示，将系统接成单回路反馈系统。其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相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。 3）、接通单片机控制屏，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，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值。 5）、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态，让系统投入闭环运行。 6）、待系统稳定后，对系统加扰动信号。记录曲线，在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。 7）、减小δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 8）、增大δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 9）、选择合适的δ值就可以得到比较满意的过程控制曲线。 10）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。 实验内容与步骤 2、比例积分调节器（PI）控制 1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，观察被控制量是否能回到设定值，以验证在PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 2）、固定比例度δ值，改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。 3）、固定积分时间T i于某一中间值，然后改变δ的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，并列表记录不同δ值下的超调量σp。 4）、选择合适的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。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。 实验内容与步骤 3、比例积分微分调节（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，并与实验步骤（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分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%突变至60%来实现）。 3）、用计算机记录实验时所有的过渡过程实时曲线，并进行分析。 思考问题 1、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？ 2、试定性地分析三种调节器的参数δ、（δ、Ti）和（δ、Ti和Td）的变化对控制过程各产生什么影响？ 注意事项 1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后才能接通电源。 2、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。 3、若参数设置不当，可能导致系统失控，不能达到设定值。 实验报告要求 1、绘制单容水箱液位控制系统的方块图。 2、用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。 3、P调节时，作出不同δ值下的阶跃响应曲线。 4、PI调节时，分别作出Ti不变、不同δ值时的阶跃响应曲线和δ不变、不同Ti值时的阶跃响应曲线。 5、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。 6、比较P、PI和PID三种调节器对系统余差和动态性能的影响。 * * 图1：单容水箱液位控制系统的方块图 图2：单容液位控制系统结构图