自动检测实验报告07单容水箱也为pid控制系统

中南大学仪器与自动检测实验报告冶金科学与工程学院系冶金专业10级试验班级姓名陈晓晨学号0505100102同组者席昭实验日期2013年4月11日 指导教师 实验名称： 单容水箱液位PID控制系统一、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、 研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。3、 研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。4、 定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。二、实验原理1、单容水箱液位控制系统给定值图7-1给定值图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图反馈值图7-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。一般言之，具有比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度6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6，

Ti选择合理，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）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图7-3中的曲线①、②、③所示。图7-3、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线三、 实验设备1、 THKGK-1型过程控制实验装置：GK—02、 GK—03、 GK—04、 GK—07（2台）2、 万用表一只3、 电脑，及过程控制实验软件四、 实验步骤1） 、按图7-1所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度hl。2） 、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。3） 、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。4） 、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。5） 、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的位置，比例度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的位置，调节器的“手动”开关拨到“自动”位置），让系统投入闭环运行。6） 、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。7） 、减小6，重复步骤6,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。8） 、增大6，重复步骤6,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9） 、选择合适的6值就可以得到比较满意的过程控制曲线。10） 、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。五、注意事项1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后才能接通电源。2、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。六•实验结果及处理输出输出2117:02 17:03 17:04 1?05时间输出输出2117:02 17:03 17:04 1?05时间七•结果与讨论PID控制特点与适用场合：特点：集成P、I、D作用，只要参数选择合适(较麻烦)，可同时改善稳态与动态性能。适合于：对象滞后大，负荷变化大但不频繁，控制要求高场合，如反应器温度控制或成分控制等。2、 控制器是自动控制系统的核心，它接受变送器或转换器送来的标准信号，按预定的规律(称控制作用或控制规律)输出标准信号，推动执行器消除偏差，使被控参数保持在给定值附近或按预定规律变化，实现对生产过程的自动控制。控制器的输出信号y与输入偏差信号e(=PV-SP)之间随时间变化的规律y=f(e