双容水箱液位PID控制实验.doc

双容水箱液位PID控制实验（完整版）实用资料
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上海电力学院实验报告
过程控制实验课程

题目双容水箱液位PID控制实验
班级
姓名
学号
同组成员
指导老师
时间2021-5-16
上海电力学院电力与自动化工程学院
一、实验目的
1、学习双容水箱液位PID控制系统的组成和原理
2、进一步熟悉PID的调节规律
3、进一步熟悉PID控制器参数的整定方法
二、实验设备
1、四水箱实验系统硬件平台
2、PC机（WindowXP操作系统）
三、实验原理
1、控制系统的组成及原理
单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象，其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。双容水箱液位PID控制系统也是一种单回路调节系统，典型的双容水箱液位控制系统如下图所示：
干扰
双容水箱液位PID控制系统的方框图
在双容水箱液位PID控制系统中，以液位为被控量。其中，测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理；PID控制器是整个控制系统的核心，它根据设定值和测量值的偏差信号来进行调节，从而控制双容水箱的液位达到期望的设定值。
单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求，只有在单回路调节系统不能满足生产更高要求的情况下，才采用复杂的调节系统。
2、PID调节规律
PID控制是比例、积分、微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。目前，PID控制仍然是得到最广泛应用的基本控制方式。常用的ＰＩＤ控制规律有：Ｐ、ＰＩ、ＰＤ、ＰＩＤ，可根据被控对象的特点和控制要求选择其中之一作为控制器。
3、PID控制器参数的实验整定方法
双容水箱液位PID控制器参数整定，是为了得到某种意义下的最佳过渡过程。我们这里选用较通用的“最佳”标准，即要求在阶跃扰动作用下，被调量的波动具有衰减率0.75左右，在这个前提下，尽量满足准确性和快速性的要求。常用的实验整定方法有：
a、动态特性曲线法
b、稳定边界法
c、衰减曲线法
四、实验步骤
1、实验前准备工作
2、进入实验
运行四水箱实验系统DDC实验软件，进入首页界面；选择实验模式为“实验装置”；单击实验菜单，进入双容水箱液位PID控制实验界面。
3、选择控制回路
（1）、选择控制对象
在实验界面的“请选择控制回路”选择框中选择控制回路，如下图所示：

从两个回路中任选一个。在这里，我们选择“水箱1”作为控制回路，此时只有水箱1的PID控制器是有效的。
（2）、控制回路构成
根据选择的控制对象，调节相应的进水阀状态。以“水箱1”对象为例，此时需打开阀门K31，关闭其它进水阀，从而构成双容PID控制回路。
操作方式：打开实验装置上的进水阀“K31”，关闭其它进水阀。
4、选择PID控制器的工作点
假定我们选择了“水箱1”控制回路，则相应地设置水箱1的控制器。单击实验界面中的“水箱1液位控制器”标签，打开控制器窗体，在控制器窗体中，单击“手动”按钮，将控制器设置成手动。如下图所示。

（2）、设定工作点
单击控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值。将阀门U1开度设置在某一确定值——即选定某一工作点。如下图所示：

5、设置PID控制器参数
（1）、根据对象特性，设置P、I、D参数
假定估算PID参数如下：
Kc＝5Ti＝80Td＝0
（2）、将参数输入控制器中
单击控制器界面中的“参数设置”按钮，弹出控制器参数设置窗体，如下图所示：

通过键盘输入比例系数、积分时间和微分时间，一般不用修改其它参数。
6、启动水箱1液位PID控制器
（1）、将控制器改成自动方式：单击控制器窗体的“自动”按钮。
（2）改变设定值：单击控制器窗体SV柱体旁的增/减键，改变控制器的设定值SV
7、水箱1液位PID控制器的控制效果
通过“实时趋势”或“历史趋势”窗体可以查看趋势曲线；根据趋势曲线，从超调量、过渡时间和衰减比等方面对控制效果进行评估，当达到或接近期望效果时，跳到第9步。
8、根据控制效果，调整PID控制器参数
当控制效果不佳时，重新将控制器设置成手动，根据以下几条参考调节规律或其它经典的调节规律修正PID参数：
（1）、如果系统出现振荡时，应适当减小比例作用和积分作用
（2）、如果系统出现较大的超调时，应当减小积分作用；反之，应加大积分作用
（3）、如果期望缩短过渡时间，可以适当加大比例作用
（4）、液位调节中，一般不用微分作用
9、记录数据记录
记录控制的调节参数，并利用趋势窗体查看控制效果，并结果记录在下表中：
实验序列1234时间开始18:18:0918:50:5019:41:1020:25:42结束18:35:0019:33:0820:23:1121:17:39控制参数Kc51.51.31.