贵州大学实验报告

学院：电气工程贵州大学实验报告学院：电气工程实验项目名称-阶、二阶系统的模拟调节实1)

验2)目3）的实验项目名称-阶、二阶系统的模拟调节实1)

验2)目3）的熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。研究系统分别用P、PI和PID调节时的控制性能。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。图2」、双容水箱液位控制系统的方框图姓名左洋洋学号1308010015实验组实验时间2015.12.18指导教师陈老师成绩专业：测控技术与仪器班级：测仪131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塑的高度；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。其中被控对彖是下水箱，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人处，微分作用开关设在“关”的位置，比例度设置于最人值处，“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人小来实现），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5和超调量op的人小。（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）由最人处（“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a”

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控制卜的曲线相比较，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）调节器控制实

验

内

容（二） 、比例枳分调节器（PI）控制（三） 、比例枳分微分调节器（PID）控制实验数据8.27.35实验数据8.27.357.8 7.757.71 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15P7.757.887.988.028.18.138.148.158.168.158.168.158.158.158.15PI8.0010.209.7810.1210.089.919.8210.309.8910.2810.219.8610.299.849.9110.099.8310.03PLD11.5112.1112.2512.312.111211.8911.8612.1512.111.91212.0812.0112.0612.0712.0812.1

PID11.211 恳$$睜少曲炉爭少屛於屛少

思考题1） 、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？答：1＞了解实验装置的使用方法，阅读装置的说明；根据自己实验内容，进行线路的连接；2＞调整零点，调整量程，使其在所需范1制内。3＞根据实验内容观察水箱的水位计调整相应的设定值。2） 、为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？答：因为双容的相当于两个单容的串联，变成了二阶系统，输出可能会震荡，单容的是一阶系统，输出是指数单调收敛的。3） 、有人说：由于积分作用增强，系统会不稳定，为此在积分作用增强的同时应增大比例度你认为对吗？为什么？答：因为当积分作用增强时，积分控制器输出变化量增人，根据比例度公式可知比例度会减小，这样会引起误差，所以要增大比例度。4） 、试用控制原理的相关理论分析PID调节器的微分作用为什么不能太人？答：微分作用太大可以减少超调，减少调节时间，但对噪声干扰有放人作用。5） 、为什么微分作用的引入必须缓慢进行？这时的比例度§是否要改变？为什么？答：一步一步来是为了后面求积