单容水箱液位比例积分微分控制系统.doc

贵州大学实验报告 学院：电气工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：测仪101 姓名 孙国梅 学号 1008040050 实验组 5 实验时间 2012/12/19 指导教师 陈湘萍 成绩 实验项目名称 单容水箱液位比例积分微分控制系统 实验目的 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，研究系统用PID调节器时的抗阶跃扰动作用，定性地研究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，教师讲授实验原理，学生自行设计实验步骤，动手操作。 实验原理 图3-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图3-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，控制的任务是使单容水箱液位等于给定值所要求的高度；减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ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δ，Ti调节合理，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下图3－2 图3-2 实验仪器 TKGK-1实验台、万用表 实验步骤 一.实验方法如下：在比例控制实验的基础上，再引入适量的积分微分作用。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σP。 二. 实验步骤： 1.按图3-1所示，将系统接成一阶单回路反馈系统，画出接线图，其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。 2.把调节器置于“手动”状态，调节器的积分积分时间常数设置于较小位置，微分积分作用的开关处于“关”的位置，比例度设置于最大位置，“正-反”开关拔到“反”的位置，即此时调节器为比例调节（P）。 3.启动工艺流程并开启相关仪器，进行传感器输出的零点与增益的调整。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。 4.观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，即可将调节器的“手动”开关拨到“自动”状态，微分积分作用的开关拨到“开”的位置。系统即投入闭环运行。 5.待系统稳定后，对系统加扰动信号。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。 实验内容 给定一个比例度δ值，积分时间常数Ti值，微分时间常数Td的值，设计一个比例积分微分（PID）控制系统，记录PID调节的阶跃响应曲线、调节时间tS、超调量σP。 实验数据 t（秒） 20 40 60 80 100 120 LT1读数 (cm) 5.29 7.31 9.21 10．12 9.80 9.54 t（秒） 140 160 180 200 220 240 LT1读数 (cm) 9.35 9.20 9.17 9.13 9.14 9.14 初始平衡状态水位在3cm 实验总结 通过实验熟悉了单回路反馈控制系统的组成和工作原理，了解了系统用PID调节器时的抗阶跃扰动作用，定性地研究PID调节器的参数对系统性能的影响。有图可知调节时间大致为200s,超调量大致为0.98cm,相对比例控制，PID调节将会出现超调但是调节时间更快，并且余差大大减少。 指导教师意见 签名： 年 月 日