上水液位简单PID控制实验.docVIP

实验二 上水箱液位简单PID控制实验 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. 分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3. 定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 实验原理 扰动液位给定 扰动 液位 给定 上小水箱电动调节阀PID控制器 上小水箱 电动调节阀 PID控制器 ─+ ─ + 液位变送器 液位变送器 图3-1、实验原理图 图3-1、实验原理图 图3-1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，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的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图3-2中的曲线①、②、③所示。 图3-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、万用表一只 实验内容和步骤 1、设备的连接和检查： 将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。 打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀6，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门: 阀2、阀5、阀10、阀17、阀20。 打开上水箱的出水阀：阀8，至适当开度。 检查电源开关是否关闭。 2、系统连线如图3-3所示： 图3-3、上水箱液位PID参数整定控制接线图 将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。 将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的正极），将上水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。 将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即正极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即负极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的-（即负极）。 智能调节仪的~220V的电源开关打在关的位置。 三相电源、单相Ⅰ空气开关打在关的位置 3、启动实验装置 将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。 打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。 打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源 开启单相Ⅰ，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的零位。 启动智能仪表，设置好仪表参数。 （一）. 比例调节控制 启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验，如图3-4所示： 图3-4、实验软件界面 打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。 设定给定值，调整P参数。 待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。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。 减小P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。 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。 （二）、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，即在界面上设置I参数不为0，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。 2）、固定比例P值（中等大小），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。 表二、不同Ti时的超调量σp 积分时间常数Ti 大 中 小 超调量σp 3）、固定I于某一