二阶系统的模拟调节.doc

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p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P。注意: 过小的和过小的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、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）306090120150180210240270300LT2读数(cm)5.575.295.044.734.333.953.693.553.543.59双容比例积分调节控制（初始平衡状态水位为7cm）：t（秒）60120180240300360420480540LT2读数(cm)7.047.097.127.147.147.167.187.197.20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）306090120150180210240270LT2读数(cm)3.664.304.975.726.457.257.998.649.18t（秒）300330360390420450480510540LT2读数(cm)9.6710.2110.6811.0411.3010.289.779.489.38t（秒）570600630660690720750780LT2读数(cm)9.208.978.788.748.818.948.998.99实验总结 通过实验熟悉了单回路双容液位控制系统的组成和工作原理、体验了系统分别用P、PI和PID调节时的控制性能、通过对三种调节器的比较可以