雙容水箱液位PID控制實驗

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1、“過程控制系統(tǒng)設(shè)計”實物實驗報告實驗名稱：__雙容水箱液位PID控制實驗__姓名：_______郭少杰_______學(xué)號：_______20113324_____班級：_______2011033_____指導(dǎo)老師:_______孫宇貞_______同組人：____程國鑫、高若陽____實驗時間：2013年5月15日一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)的組成和原理進一步熟悉PID的調(diào)節(jié)規(guī)律進一步熟悉PID控制器參數(shù)的整定方法二、實驗設(shè)備1、四水箱實驗系統(tǒng)DDC實驗軟件2、PC機（WindowsXP操作系統(tǒng)）三、實驗原理1、控制系統(tǒng)的組成及原理單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一般是指用一個控制器

2、來控制一個被控對象，其中控制器只接收一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構(gòu)。雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)也是一種單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，典型的雙容水箱液位控制系統(tǒng)如下圖所示：圖1雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)的方框圖在雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測量電路主要功能是測量對象的液位并對其進行歸一化等處理；PID控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設(shè)定值和測量值的偏差信號來進行調(diào)節(jié)，從而控制雙容水箱的液位達到期望的設(shè)定值。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有在單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)更高要求的情況下，才采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2、PID調(diào)節(jié)規(guī)律PID控制是比例、積分、微

3、分控制的簡稱。在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。目前，PID控制仍然是得到最廣泛應(yīng)用的基本控制方式。常用的PID控制規(guī)律有：P、PI、PD、PID，可根據(jù)被控對象的特點和控制要求選擇其中之一作為控制器。3、PID控制器參數(shù)的實驗整定方法雙容水箱液位PID控制器參數(shù)整定，是為了得到某種意義下的最佳過渡過程。我們這里選用較通用的“最佳”標(biāo)準(zhǔn)，即要求在階躍擾動作用下，被調(diào)量的波動具有衰減率0.75左右，在這個前提下，盡量滿足準(zhǔn)確性和快速性的要求。常用的實驗整定方法有：a、動態(tài)特性曲線法b、穩(wěn)定邊界法c、衰減曲線法四、實驗步驟1、進入實驗運行四水

4、箱實驗系統(tǒng)DDC實驗軟件，進入首頁界面，選擇實驗?zāi)Ｊ綖椤皩嵨锬Ｐ汀?。單擊實驗菜單，進入雙容水箱液位PID控制實驗界面。2、選擇控制回路a）選擇控制對象在實驗界面的“請選擇控制回路”選擇框中選擇控制回路，從兩個回路中任選一個。這里，我們選擇“水箱1和3”作為控制回路，此時只有水箱1的PID控制器是有效的。b）控制回路構(gòu)成根據(jù)選擇的控制對象，調(diào)節(jié)相應(yīng)的進水閥狀態(tài)。以“水箱1和3”對象為例，此時需打開水箱1和3的對應(yīng)閥門，關(guān)閉其它進水閥，從而構(gòu)成雙容PID控制回路。具體的設(shè)置方式請參考《單容水箱特性測試實驗》的實驗步驟4。3、選擇PID控制器的工作點a、PID控制器設(shè)置成手動方式假定我們選

5、擇了“水箱1和3”構(gòu)成的控制回路，則相應(yīng)地設(shè)置水箱1的控制器。單擊實驗界面中的“水箱1液位控制器”標(biāo)簽，打開控制器窗體，如下圖所示：單擊控制器窗體中的“手動”按鈕，將控制器設(shè)置成手動；b、設(shè)定工作點單擊控制器界面中MV柱體旁的增/減鍵，設(shè)置MV（U1）的值，如下圖所示：4、設(shè)置PID控制器參數(shù)根據(jù)對象特性，設(shè)置P、I、D參數(shù)：假定估算PID參數(shù)如下：P＝5I＝20D＝0將參數(shù)輸入控制器中；單擊控制器界面中的“參數(shù)設(shè)置”按鈕，彈出控制器參數(shù)設(shè)置窗體，如下圖所示：通過鍵盤輸入比例系數(shù)、積分時間和微分時間，一般不用修改其它參數(shù)。5、啟動水箱1液位PID控制器a、將控制器改成自動方式：單擊控

6、制器窗體的“自動”按鈕；b、改變設(shè)定值：單擊控制器窗體SV柱體旁的增/減鍵，改變控制器的設(shè)定值SV。6、水箱1液位PID控制器的控制效果通過“實時趨勢”或“歷史趨勢”窗體可以查看趨勢曲線；根據(jù)趨勢曲線，從超調(diào)量、過渡時間和衰減比等方面對控制效果進行評估；當(dāng)達到或接近期望效果時，跳到第8步。7、根據(jù)控制效果，調(diào)整PID控制器參數(shù)當(dāng)控制效果不佳時，重新將控制器設(shè)置成手動，根據(jù)以下幾條參考調(diào)節(jié)規(guī)律或其它經(jīng)典的調(diào)節(jié)規(guī)律修正PID參數(shù)：a、如果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩時，應(yīng)適當(dāng)減小比例作用和積分作用；b、如果系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)時，應(yīng)當(dāng)減小積分作用；反之，應(yīng)加大積分作用；c、如果期望縮短過渡時間，可以適當(dāng)加

7、大比例作用；d、液位調(diào)節(jié)中，一般不用微分作用；跳轉(zhuǎn)到第4步，繼續(xù)實驗。8、數(shù)據(jù)記錄記錄控制的調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用趨勢窗體查看控制效果，并結(jié)果記錄在下表中：時間19:29:0620:46:53控Kc0.70.5制I(s)438.9438.9參D(s)00數(shù)超調(diào)量（%）43%36.8%過渡時間（s）28801632穩(wěn)態(tài)誤差00衰減率0.7331效果評估超調(diào)量大，衰減率小超調(diào)量和衰減率均有所改善（詳細(xì)計算過程見紙質(zhì)版報告）上述表格的得到過程如下：1、對實驗數(shù)據(jù)紙中的