水槽实验报告

1、控制系统设计与仿真课程设计报告院电气与自动化工程学院 级08级自动化3班 名李蔚琛 号 3008203270设计一被控对象的实验建模一、实验要求1、了解水槽控制系统的结构及组成；2、掌握响应曲线法建立数学模型；3、熟悉Honeywell数字调节器的用法及调试；4、对整个水槽控制系统有一个整体了解；5、单回路控制系统的最佳参数的计算方法。二、设计步骤1、设计控制系统接线图；并联好线。2、给仪器上电，并且打开水泵，同时缓慢打开管道上的阀门。3、把调节器调全手动状态，调节输出使其固定在一个定值。4、当液位稳定后，打开记录仪开始记录，然后突然改变调节器的输出，使调 节阀的开度突然增加或减少。5、用记录

2、仪记录下液位的变化情况，直到液位稳定。6、用响应曲线法计算出一阶水槽的数学模型；7、根据表1-1计算出单回路控制系统的最优参数。三、用响应曲线法进行数学建模方法简介响应曲线法主要用于测取阶跃响应曲线和矩形脉冲响应曲线。其中，阶跃 响应曲线法应用比较广泛，下面介绍阶跃响应曲线法的具体做法。在系统开环并处于稳定的情况下，瞬时改变控制器的手动输出，使其输出 产生阶跃变化Ap，并同时记录下被控变量y随时间变化的曲线。如果广义对象 是二阶以上的其响应曲线应如图1所示：t图1-1响应曲线从响应曲线的拐点A作一切线，分别交时间轴于B点以及最终稳态值水平线于C点，在过C点引垂线交时间轴于D。这样，广义对象的特

3、性就 可以用一个具有纯滞后时间T、时间常数T0的一阶惯性环节来近似。T为 干扰起始点至B点的距离，T0为BD之间的距离。T和T0的单位都是分或 秒。这里还需要计算一个无量纲化的放大系数K0 :（1-1）K = A /( y max r mJ0 A p /( p - p _ )因此，通过由图直接读出T、T0、,再由公式（1-1）求出K0,最后得出传递函数:（1-2）G （S） = K0/ （T0S+1） e-T s阶跃响应曲线能较直观的、完全描述被控过程的动态特性。实验测试方法易于实现，只要使阀门的开度作一个阶跃变化即可。实验时必须注意:1、合理选择阶跃扰动量，通常使调节器输出增加10%或减少1

4、0%。2、实验应在相同条件下重复做几次，需获得两次以上的比较接近的响 应曲线，减小干扰的影响。3、实验应在阶跃信号作正、反方向变化时分别测出其响应曲线，以检 验被控过程的非线性程度。4、在实验前，即在输入阶跃信号前，被控过程必须处于稳定的工作状 态。在一次实验完成后，必须使被控过程稳定一段时间后，再施加测试信 号作第二次实验。5、记录仪参数设置：首先调整好记录仪零点；设置量程为：5v；设置 走纸速度：12mm/min四、数据分析与处理 共测量6组，由20%至25%施加5%的阶跃，其中正向阶跃、反向阶跃各3次 由响应曲线法得到6组数据，如下、次数数据123456T/s576060606565T

5、/s9799109K2.582.602.582.742.92.54综合数据，取 T=60s，T =9s，K=2.6设计二一阶单回路控制系统参数整定一、实验要求1、熟悉实验系统，了解各仪表的功能及有关操作。2、利用所提供的实验设备，设计组成一个一阶单回路液位控制系统。3、了解闭环控制系统的特性。4、熟练掌握单回路控制系统的参数整定过程；5、了解？1。各参数在调节过程中的作用。二、设计步骤1、设计一阶单回路控制系统连线图。2、应用响应曲线法求出一阶单回路控制系统的最佳参数。3、用调节器手动输出将系统液位稳定，将计算的最佳P参数输入调节器。4、设置调节器给定值与稳定的液位值相等，并由于动切换到自动，

6、然后，突然改变调节器给定值，加一个固定的给定值扰动。一般增加10-15 mm。5、记录分析响应曲线，反复实验找出一条4： 1曲线。6、观察实验得到的多条曲线，分析PID各个参数的影响。三、用响应曲线法进行参数整定简介工程整定方法有很多种，有临界比例度法；衰减曲线法；响应曲线法。本实 验中主要应用响应曲线法，设计一已经通过响应曲线法得出了广义对象的数学模型 及参数T、T0、K0值，现在我们应用经验公式来求取最佳PID参数。表1-1响应曲线法整定控制器参数经验公式（4： 1衰减）6 , %T.， minTd，minP(K0T /T0 )X100%PI(1.1K0T /T0 )X100%3.3tPI

7、D(0.85Kot /T0 )X100%2t0.5t实验数据分析与处理由设计一得到了单容系统的各项参数，根据响应曲线法整定控制器参数经验公式 得 P 控制时：6 =Kt /TX100%=39%PI 控制时：6 =1.1Kt /TX100%=42.9%, Ti=3.3X9.60=0.495minPID控制时：6 =0.85Kt /TX100%=33.15%, Ti=2X9、60=0.3min,Td =0.5X9/60=0.075min实验曲线：1、P控制分别测取了6由39%、35%、30%、20%的曲线。发现20%时满足要求 （衰减比为近似4:1）。规律：随着6的减小，即Kp增加，系统的响应速度

8、变快，出现超调， 当6大于一定程度时，系统不稳定。由于仅有P控制，系统始终存在余 差。2、PI控制分别测取了6 =42.9%、Ti=0.495min； 6 =30%、Ti=0.495min； 6=30%、Ti=0.2min； 6 =30%、Ti=0.35min； 6 =30%、Ti=0.33min。发现6 =30%、Ti=0.33min 时，满足要求。规律：Ti的加入，消除了系统的余差。随着Ti的减小，系统出现大 幅度的超调，系统不稳定加剧。3、PID控制分别测取了6 =30%、Ti=0.35min、Td=0.075min； 6 =30%、Ti=0.3min、Td=0.075min； 6 =3

9、0%、Ti=0.25min、Td=0.075min； 6 =30%、 Ti=0.2min、Td=0.075min。发现 =30%、Ti=0.2min、Td=0.075min 时满足 要求。规律：Td的作用是超前调节，提前对大幅度的扰动进行调节，微分适 当时可以减小超调，加快系统稳定速度。由于加入微分时间常数很小，作 用不明显。在调节较好的系统中，在系统稳定后，向水槽中加水（加入随 即扰动），系统快速响应，迅速稳定，调节效果较好。五、实验感想通过实际系统的设计，我对仿真与实际系统之间的关系理解更深刻。仿 真是在较为理想的条件下进行的，因此等到的仿真结果也较为理想；而实际 系统受各方面因素的影响，往往实际结果与所预想的有比较大的差距。因 此，对于实际系统，要积累足够多的经验，