渤海大学本科毕业论文(设计)

1、渤海大学本科毕业论文（设计）水 箱 液 位 控 制 系 统The Water Tank Liquid Level Control System学 院（系）： 工学院 专 业： 自动化 学 号： 10060253 学 生 姓 名： 顾晓君 入 学 年 度： 2010年 指 导 教 师： 刘慧巍 完 成 日 期： 2014 年 04月15 日 渤海大学Bohai University水 箱 液 位 控 制 系 统摘 要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题,例如居民生活用水的供应,饮料、食品加工,溶液过滤,化工生产等多种行业的生产加工过程,通常需要使用蓄液池,蓄液池中的液位

2、需要维持合适的高度,既不能太满溢出造成浪费,也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，调节阀为电动调节阀。选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求关键词：水箱液位控制；

3、PID控制；过程控制- I -水 箱 液 位 控 制 系 统The Water Tank Liquid Level Control SystemAbstract In peoples daily life and industrial production and other fields often involves the control of liquid level and flow, such as household water supply, beverage, food processing, filtering solution, chemical production an

4、d other industries in the production process, often need to use a liquid storage tank, a liquid storage tank liquid level of the need to maintain the appropriate height, both can not be too full to overflow caused by waste, also cannot too little and cannot meet the demand of. Therefore the liquid l

5、evel height is an important parameter in industry process control, especially in the dynamic state, adopting suitable methods to detect, control of the liquid level, can get good effect. PID (proportional, integral and differential) control method is the most.This paper is the design process of a wa

6、ter tank liquid level control system, involving the dynamic control, level control system modeling, PID algorithm, sensor and valve and so on a series of. As the control system of single tank water level, the model is a one order inertial function, control method using the PID algorithm, control val

7、ve electric control valve. Choose the appropriate device, control scheme and algorithm, in order to maximize system such as control precision, time and quantity of regulation and control quality requirements.Key Words：Water tank liquid level control; PID control; process control- III -目 录摘 要IAbstrac

8、tII引 言11 水箱液位控制系统建模22.1 描述实验系统的总体结构82.1.1 水箱液位控制系统的原理框图82.1.2 水箱液位控制系统的数学模型92.2 利用实验建模方法建立进水流量和主管道流量之间关系的数学模型102.3 进水流量和上水箱液位模型132.4 副回路流量与上水箱液位数学模型 143 单容水箱液位的单回路控制系统设计 163.1 结构原理163.2 单容水箱控制器PID参数整定173.3 旁路阶跃干扰响应曲线193.4 副回路进水阶跃干扰响应曲线204 结论225 参考文献23 水 箱 液 位 控 制 系 统引 言过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等

9、过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所

10、以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了基于Visual Basic语言的PID液位控制模拟界面和算法程序。虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。但是，要想取得良好的控制效果，必须合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。 1 水箱液位控制系统建模1.1人工控制与自动控制在人工控制中，为保持水箱液位恒定，操作人员应根据液位高度的变化情况控制净水量。手工控制的过程主要分为三步：用眼睛观察水箱

11、液位的高低以获取测量值，并通过神经系统传到大脑；大脑根据眼睛看到的水位高度，与设定值进行比较，得出偏差大小和方向，然后根据操作经验发出控制命令；根据大脑发出的命令，用双手去改变给水阀（或进水阀）的开度，使水箱液位包持在工艺要求的高度上。在整个手工控制过程中，人员的眼、脑、手、三个器官，分别担负了检测、判断、和运算、执行三个作用，来完成测量、求偏差、在施加控制操作以纠正偏差的工作过程，保持水箱液位的恒定。如果采用检测仪表和自动控制装置来代替人工控制，就成为过程控制系统。在自动控制中，当系统受到扰动作用后，被控变量（液位）发生变化，通过检测变送仪表得到其测量值；控制器接受液位测量变送器送来的信号，

12、与设定值相比较得出偏差，按某种运算规律进行运算并输出控制信号；控制阀接受控制器的控制信号，按其大小改变阀门的开度，调整给水量，以克服扰动的影响，使被控变量回到设定值，最终达到水箱液位的恒定。这样就完成了所要求的控制任务。这些自动控制装置和被控的工艺设备组成了一个没有人直接参与的自动控制系统。1.2.1 被控对象本设计探讨的是单容水箱的液位控制问题。为了能更好的选取控制方法和参数，有必要知道被控对象上水箱的结构和特性。由图2-1所示可以知道，单容水箱的流量特性：水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。所以，若阀开度适当，在不溢出的情况下

13、，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。 图2-1 单容水箱结构图被控变量的选择是控制系统的核心问题，被控变量选择的正确与否是决定控制系统有无价值的关键。对于任何一个控制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、保证生产安全及改善劳动条件等方面发挥作用，如果被控变量学则不当，配备再好的自动化仪表，使用在复杂、先进的控制规律也无用的，都不能达到预期的控制效果。对于水箱液位控制系统，其被控变量是显而易见的，液位就是其被控变量，是直接参数控制。 1.2.2被控制变量的选择 被控变量的选择是控制系统的核心问题，被控变量选择的正确

14、与否是决定控制系统有无价值的关键。对于任何一个控制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、保证生产安全及改善劳动条件等方面发挥作用，如果被控变量学则不当，配备再好的自动化仪表，使用在复杂、先进的控制规律也无用的，都不能达到预期的控制效果。 对于水箱液位控制系统，其被控变量是显而易见的，液位就是其被控变量，是直接参数控制。 执行器的选择 执行器在控制系统中起着极其重要的作用。控制系统的控制性能指标与执行器的性能和正确选用有着十分密切的关系。执行器接受控制其输出的控制信号，实现对操纵变量的改变，从而使被控变量向设定值靠拢。执行器位于控制回路的最总端，因此又称为最终元件。 本设计所使用的执

15、行器为控制阀，也称调节阀。控制阀发装现场，通常在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易渗透、易结晶、易燃易爆、剧毒等场合下工作。如果选择不当或维修不妥，就会使整个系统无法正常运作。经验表明，控制系统不能正常运行的原因，多数发生在控制阀上。对于系统控制阀的选择很重要。 控制阀接受控制器输出的控制信号，通过改变阀的开度来达到控制流量的目的。控制阀有执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是根据可能稚气的控制信号产生推力或位移的装置，调节机构是根据执行机构的输出信号去改变能量或物料输送量的装置。 控制阀按其能源形式可分为气动、电动、液动三大类。液动控制阀推力最大，但比较笨重，目前已经极少使用。电动控制阀的能源

16、取用方便，信号传递迅速，但结构复杂、防爆性能差。气动控制阀采用压缩空气作为能源，其特点是简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆而且价格较低，因此得到广泛应用。气动控制阀可以方便的与电动仪表配套使用，即使是采用电动仪表或计算机控制时，只要经过电气转换阀门定位器将电信号转换为20100kPa的标准气压信号仍可采用气动控制阀。 调节阀基型产品即普通产品按基型结构特征分为几大类产品，它们是：直通单座阀、直通双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀、偏心旋转阀，其中前6种为直行程调节阀，后3种为角行程调节阀，选择购买控制阀时，必须首先弄清楚基型产品的特点、使用注意事项、各类变型

17、产品、改进产品。 （1）直通单座调节阀 该阀具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点，适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格的阀（如DN15、20、25）亦可用于压差较大的场合，是应用最广泛的阀之一。（2）直通双座调节阀 与单座阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，是应用最为广泛的阀之一。（3）套筒阀 套筒阀具有单密封、双密封两种结构，前者相当于单座阀，后者相当于双座阀，适用于双座阀场合，除此之外，套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点，但价格比单双座阀贵50%200%，还需要专门的缠绕密封垫。是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀

18、。（4）角形阀 节流型式相当于单座阀，但阀体流路简单，适用于泄漏要求小、压差不大的不干净介质场合以及要求直角配管的场合。（5）三通阀 具有3个通道，可代替两个直通单座阀用于分流和合流及两相流温度差成150的场合，当DN300mm时，通常采用蝶阀。（8）球阀 “O形球阀全开时为无阻调节，自洁性能最佳，适用于特别不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于不干净、含纤维介质可调比较大的调节场合。球阀价格较贵。（9）偏心旋转阀 该阀介于蝶阀和球阀之间，自洁性能好，调节性能好，亦可切断，适用于不干净介质和泄漏要求小的调节场合，但该阀价格较贵。2阀体材料选择 阀体耐压等

19、级、使用温度和耐腐蚀性能等方面不低于工艺连接管道的要求，并应优先选用制造厂定型产品，遇有水蒸汽或含水较差的湿气体和易燃易爆介质，或当坏境温度低于-30时，不宜选用铸铁阀。选型注意事项3 阀内件材质选择 （1）非腐蚀性介质一般选用1Cr18Ni9Ti或其它不锈钢。 （2）在汽蚀、冲蚀较为严重的情况下，以及在介质温度与压差构成的直角坐标中。温度为300，压差为1.5MPa的两点连线以外的区域，应选用耐磨材料，如钻基合金或表面堆焊史泰莱合金。 （3）要求泄漏很小时，应选用软密封，如四氟、橡胶。4 耐蚀材料选择 （1）对腐蚀性介质，应根据介质的种类、浓度、温度、压力的不同，选择合适的耐腐蚀材料，同时，

20、还要考虑阀的经济性。 （2）选择衬里材料（橡胶、塑料）时，工作介质的温度、压力、浓度都必须满足该材料的使用范围，并考虑阀动作时对它的物理和机械破坏。（3）真空阀不宜选用阀体内衬橡胶、塑料结构。 （4）水处理系统的两位切断阀不宜选用衬橡胶材料，如衬胶蝶阀、隔膜阀。5 高低温材料选择 （1）-200-60时，选用铜或1Cr18Ni9Ti；（2）-450+600，选用含钛钼不锈钢。6 其它注意事项 在满足使用的必要功能前提下，所选阀应尽量简单、可靠价廉、寿命长、维修方便，备件有来源。需考虑的主要因素如下： （1）最基本的条件是应该满足工艺的压力、流量、温度的要求。（2）阀的密封性、可靠性、经济性。（

21、3）阀的工作压差小于阀的许用压差。 （4）对通过阀内不洁介质，易结垢介质，强腐蚀介质的考虑。（5）对阀动作速度，阀流量特性，作用方式，流向的考虑。（6）对执行机构形式、输出力、刚度及弹簧范围的考虑。（7）对附件及其成套性及特殊阀之特殊性能及要求的考虑。 7 安装注意事项 （1）宜垂直、正立安装在水平管道上，公称通径DN50mm的调节阀，其阀 前后管道上最好有永久性支架。 （2）调节阀配管应组合紧凑，上、下部分应留有足够的空间，必要时应设置平台，便于操作、维修和排液，配管通径尽量与阀通径一致。连接形式应符合制造厂产品说明书的规定。 （3）调节阀用于高粘度、易结晶、易汽化以及低温流体时，应采取保温

22、和防冻措施。使用环境温度一般不高于60，不低于-30，未安装阀门定位器的调节阀，当阀安装在有振动场合时，应考虑防振措施。 （4）未安装阀门定位器的调节阀，膜头上最好安装指示控制信号的小型压力表。 （5）安装前应先对阀检查校验，并在管道吹扫后安装。用于悬浮物、高粘度介质时，应配冲洗管线。 （6）入口管段长度应尽量长，对于小通径阀门，应大于10倍管道通径，调节阀出口直管段应有35倍管道通径。调节阀进出口取压点位置，阀前为2倍管道通径处，阀后为3倍管道通径处。（7）对小流量调节阀前应安装过滤装置。 （8）务必按流动方向箭头安装，安装时应避免过大的应力。环境尘埃较多时，应采取保护阀杆的措施，避免磨损或

23、卡死。 调节阀的使用效果反映在装置上，好坏不只是产品自身出现的质量问题，它 与设计院、用户、生产厂家3方面有关.水箱液位控制系统选择何种型号的控制阀要根据系统在实际生活中的应用。1.3水箱建模这里研究的被控对象只有一个，那就是单容水箱（图2-1）。要对该对象进行较好的计算机控制，有必要建立被控对象的数学模型。正如前面提到的，单容水箱是一个自衡系统。根据它的这一特性，我们可以用阶跃响应测试法进行建模。如图2-1，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。若Q1作为被控对象的输入变量，h为其输出变量，则该被控对象的数学模型就是h与Q1 之间的数学表达式。根

24、据动态物料平衡关系有 （2-1）将式（2-1）表示为增量形式 （2-2）式中，、分别为偏离某一平衡状态、的增量； C水箱底面积。 在静态时，=；=0；当发生变化时，液位h随之变化，阀处的静压也随之变化，也必然发生变化。由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系。但为简化起见，经线性化处理，则可近似认为与成正比，而与阀的阻力成反比，即 或 （2-3）式中，为阀的阻力，称为液阻。将式（2-3）代入式（2-2）可得 （2-4）在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： （2-5）式中，T=R2C为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），K=R2为过程的放大倍数

25、。令输入流量=，为常量，则输出液位的高度为： (2-6)即 （2-7）当t时， 因而有 （2-8） 当t=T时，则有 （2-9）式（2-7）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。由式（2-9）可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，此切线与稳态值的交点所对应的时间就是时间常数T。 图2-2 阶跃响应曲线2.1 描述实验系统的总体结构2.1.1 水箱液位控制系统的原理框图本论文对水箱液位控制系统的设计是一个简单控制系统，所谓简单液位控制系统通常是指由一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及

26、变送器）、以个控制器和一个执行器（控制阀）所组成的单闭环负反馈控制系统，也称为单回路控制系统。简单控制系统有着共同的特征，它们均有四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。对于不同对象的简单控制系统，尽管其具体装置与变量不相同，但都可以用相同的方框图表示：变量扰动偏差控制器 执行器 5执行器 被控对象 测量变送器扰动通道由这个简单控制系统通用的框图设计出液位变送器+PID控制器电动控制阀阀阀器液位_水箱水箱液位控制系统的原理框图如下：这是单回路水箱液位控制系统，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

27、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。2.1.2 水箱液位控制系统的数学模型该系统主要是自衡的非振荡过程，即在外部阶跃输入信号作用下，过程原有的平衡状态被破坏，并在外部信号作用下自动的非震荡地稳定到一个新的稳态，这一大类是在工业生产过程中最常见的过程。确定过程的输入变量和输出变量 如下图所示，流入水箱的流量是由进料阀1来控制的；流出水箱的流量取决于水箱液位L和出料阀2的开度，而出料阀的开库是随用户的需要而改变的。这里，液位L是被控变量（即输出变量），进料阀1为控制

28、系统中的控制阀，它所控制的进料流量是过程的控制输入（即操纵量），出料流量是外部扰动。本设计以进料流量作为输入变量。2L1tL()L(t)L(0)图3-2 水箱液位过程及其阶跃响应曲线 2.2 利用实验建模方法建立进水流量和主管道流量之间关系的数学模型图2-3 系统结构图模式 关闭副管道回路控制系统，利用主管道将系统工作模式切换至手动方式，控制上水箱液位。首先将阀的开度设置为20%，然后通过调节上水箱进水阀和出水阀使液位保持稳定，实现无扰动调节。突然改变阀的开度，模拟给定阶跃变化，观察上主管道流量变化情况。如图3-4所示： 图2-4 手动模式给定阶跃响应曲线图中红线为阀开度曲线，可以看出是一个阶

29、跃信号。粉色曲线为电磁流量曲线，通过放大可以近似为无滞后一阶惯性模型。可以假设流量变化模型为： （2.1）一阶非周期过程比较简单，只需确定放大系数及时间常数即可获得传递函数模型。确定静态放大系数：利用所测取的阶跃响应曲线估计并绘出被控量的最大稳态值，如图3-5所示，放大系数为： （2.2）确定时间常数：因为，所以响应曲线所对应的时间就是时间常数，同理响应曲线所对应的时间是2倍时间常数，即。图2-5 无滞后一阶对象的响应曲线电磁流量初始稳态值y=0.1885，给定幅值%为10%阶跃响应后重新达到稳态值y2=0.2517。 (2.3)T0时刻电磁流量值： (2.4)可以对应查找t1(63.2%)的

30、值如下表所示表1 电磁流量T0时刻表电磁流量t0(0%)t1(63.2%)时刻04:04:1304:04:21由此可以计算出T0的值： (2.5)综上所述，得出进水流量与主管道流量之间的数学模型为： (2.6)2.3 进水流量和上水箱液位模型如图2黄色曲线为上水箱液位高度曲线，同样可以看出上水箱液位和主管道流量同样满足一阶惯性环节。上水箱液位和进水流量液位之间的模型为： (2.7)但是上水箱液位时间常数远远大于进水流量的时间常数，即，所以模型可以近似为一阶惯性模型： (2.8) 电磁流量初始稳态值h1=2.90，进水流量近似为阶跃响应，计算其幅值时可以把最大值和最小值换算成100%的阶跃： (

31、2.9)重新达到稳态值h2=13.60。可以计算出： (2.10)同时可以计算出T0时刻电磁流量值： (2.11)可以对应查找h1(63.2%)的值如下表所示：表2 上水箱液位T1时刻表上水箱液位h0(0%)h1(63.2%)时刻04:04:1304:06:53由此可以计算出T0的值： (2.12)综上所述，得出进水流量与主管道流量之间的数学模型为： (2.13)2.4 副回路流量与上水箱液位数学模型闭主管道回路控制系统，利用副管道将系统工作模式切换至手动方式，控制上水箱液位。首先将变频器输出频率设置为30Hz，然后通过调节上水箱进水阀和出水阀使液位保持稳定，实现无扰动调节。突然改变变频器输出

32、为35Hz，模拟给定阶跃变化，观察上主管道流量变化情况。如图3所示：图2-6 副回路手动模式给定阶跃响应曲线如图3-6黄色曲线为上水箱液位高度曲线，同样可以看出上水箱液位和副管道流量同样满足一阶惯性环节。上水箱液位和进水流量液位之间的模型为： (2.14)但是上水箱液位时间常数远远大于进水流量的时间常数，即，所以模型可以近似为一阶惯性模型： (2.15) 电磁流量初始稳态值h(0)=2.092，副管道进水流量近似为阶跃响应，计算其幅值时可以把变频器输出最大值和最小值换算成100%的阶跃 (2.16)重新达到稳态值h()=18.25。可以计算出： (2.17)同时可以计算出T2时刻电磁流量值：

33、(2.18)可以对应查找h1(63.2%)的值如下表所示：表3 上水箱液位T2时刻表上水箱液位h0(0%)h1(63.2%)时刻10:53:0710:55:56由此可以计算出T0的值： (2.19)综上所述，得出进水流量与主管道流量之间的数学模型为： (2.20)3单容水箱液位的单回路控制系统设计3.1 结构原理在设计过程控制系统时，如何选择控制器，以满足生产工艺要求至关重要，如果选择不当，可能根本达不到控制要求。本次课程设计通过对PID控制器参数整定，进一步熟悉了过程控制系统设计过程。单回路控制系统的控制原理图如下 图 3-1 单回路控制系统原理图根据原理图可以画出对应的系统方框图如下：液位

34、变送器+PID控制器控制阀阀阀器液位_ 水箱图3-2单回路控制系统的控制原理方框图PID控制器是调节器，需要我们手动设置参数，其传递函数为： (3.1)调节阀为气关阀，随输入信号增大通过水流量也增大。上水箱液位控制过程之前已经建立过模型，其传递函数为： (3.2)系统由于扰动作用使被控量偏离了给定值，即产生偏差，调节器根据偏差大小并按某种控制算法发出控制信号送往调节阀，以改变阀门开度，即改变控制变量，从而克服扰动对被控量的影响，使测量值接近设定值。功能是是输出回到设定值。3.2 单容水箱控制器PID参数整定调节器参数整定，是指决定调节器的比例度、积分时间和微分时间的具体数值，通过改变调节器的参

35、数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。所谓最佳的控制效果，就是在某种质量指标下，系统达到的最佳调整状态。此时的控制器参数就是所谓的最佳整定参数。系统设计需要调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控制系统达到满意的控制质量。本次课程设计中采用经验凑试法整定PID参数，达到的控制效果满足控制要求。经验凑试法（现场凑试法）是根据经验先将控制器的参数放在某一数值上，直接在闭环控制系统中通过改变设定值施加扰动，观察过渡过程曲线形状，运用、对过渡过程的影响为依据，按规定的顺序对比例度、积分时间和微分时间逐个进行反复凑试，直到获得满意的控制质量比例控制规律是最基

36、本的控制规律。它能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但存在余差。由于积分能消除余差，所以在比例的基础上加上积分控制，是效果更好，在本次试验中，微分的作用不太明显。实验操作时,需要把控制方式切换到自动模式，首先设定积分时间常数，微分时间常数，比例系数P从小到大改变以试出比较理想的控制效果。 图3-3 KP=5控制效果图3-4 KP=18控制效果如图4-3、图4-4所示为比例系数的整定过程，时达到稳定的时间太长，为使响应加快，需要增大比例作用，所以KP应该增大。当时达到稳定的时间短，超调也很小，所以认为此时比例系数比较合理。由于图4的液位高度设定值是22，而达到稳定时液位高度为21.2，存在比

37、较大的偏差，所以需要引入积分作用。根据经验凑试法调节步骤，首先将比例度放大10%20%,取K=15不断调节TI的大小，使之达到合适的效果。 图3-5 TI=104ms图3-6 TI=7104ms 图3-7 TI=8104ms如图4-5所示，当，阶跃响应震荡过于剧烈，由此可知积分作用太强，应该减弱积分作用，所以应增大。令，递减比为7.28:1。控制效果比较好，再增大积分时间时，递减比反而增大，如图4-7所示，递减比为8.3:1。综合以上叙述可知，相对最合理。从实验效果来看可以不加微分作用就能满足要求。而实际上单容水箱滞后不明显，可以不加微分。为了加强对控制系统设计的了解，我们仍然引入了微分作用，但是改善效果作用不大。先将比例度减小10%20%，取，时间常数，调节微分作用。时效果比较好，从图4-8所示：图3-8 PID调节效果从图可以看出，引入微分起到的效果并不太理想，所以可以不加微分，只用PI调节。3.3 旁路阶跃干扰响应曲线通过PID控制器参数的整定，可以使输出稳态值达到设定值，且响应速度比较快，控制效果好。但是要评价一个系统的好坏，不能只看输出值是否能达到设定值，还要看系统是否有抗干扰能力。工业现场有很多因素