上水箱液位PID整定实验

姓名 xx 学号 xx 实验室 数图xx 实验时间：第 8 周星期二第 9-12 节 指导老师xx老师实验四、上水箱液位PID整定实验一、 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。二、 实验设备扰动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、万用表一只液位三、实验原理给定上水箱电动调节阀PID控制器+液位变送器图4-1、实验原理图一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度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，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）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下中的曲线、所示。 三、 实验内容和步骤1、设备的连接和检查：（1）、将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。（3）、打开上水箱的出水阀至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭。2、系统连线：1）、三相电源、单相空气开关打在关的位置。2）、智能调节仪的220V的电源开关打在关的位置。3）、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。4）、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）。5）、将智能调节仪的420mA输出端的7端（即正极）接至电动调节阀的420mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的420mA输出端的5端（即负极）接至电动调节阀的420mA输入端的-（即负极）。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。3）、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4）、开启单相，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。5）、启动智能仪表，设置好仪表参数。（一） 比例调节控制1）、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4-4所示：图4-4、实验软件界面2）、打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。3）、设定给定值，调整P参数。4）、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。5）、减小P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。6）、增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。7）、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。8）、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p。 表二、不同Ti时的超调量p积分时间常Ti大中小超调量p38.5%42.5%59.3%3）、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量p。 表三、不同值下的p比例P大中小超调量p43.3%29%20.4%4）、选择合适的P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。（三）、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，即把软件界面上设置D参数，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，由此可看到微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的P、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）、在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。五、实验结果1、P控制 比例度：1 积分时间：0 微分时间：0 =（27.2-20）/20=36%P调节器控制时的阶跃响应曲线：2、PI控制 比例度：0.9 积分时间：2.0 微分时间：0 =（23.9-15）/15=59.33% PI调节器控制时的阶跃响应曲线：3、PID控制 比例度：1.3 积分时间：2.0 微分时间：4.0 =（25.8-20）/20=29%PID调节器控制时的阶跃响应曲线：六、思考题1）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？ 答：储水箱灌满水，上水箱出水阀打开适当开度，系统线路图连好。2）、为什么要强调无扰动切换？ 答：因为系统存在微分环节，如果有扰动时则会使系统引起很大的波动，使曲线不能趋近于平稳。3）、试定性地分析三种调节器的参数、（、Ti）和（、Ti和Td）的变化对控制过程各产生什么影响？ 答：参数可以使余差减小；、