PID液位控制系统单回路反馈.doc

过程控制实验报告学院：学号：姓名：实验指导老师：日期：一、实验规定与简介3二、控制原理4三、实验设备具体介绍6四．实验过程调试……………………………………………………..15五．单回路控制系统……………………………………………………16六．课程总结…………………………………………………………..16实验规定与简介规定：设计液位控制系统，运用实验室过程控制设备构建单回路PID液位控制系统。了解设备的结构框架，学习对象模型建立的方法和技术、PID参数整定技术、自动化仪表选择相关技能。根据实验条件和系统配置拟定实验过程性能指标。综合考虑抗干扰问题、系统稳定性问题、动态性能、稳态偏差等，对实验结果进行分析。实验目的如下：了解实验设备，可以根据实物画出系统框图；了解和掌握P909自动化仪表的应用场合和使用方法；熟悉PID参数整定技术，在实验中对的运用，分析参数整定的作用和效果；熟悉液位控制系统中各种自动化测量点、调节阀的相关技术参数；实现单回路液位控制，有基本的系统调节能力。液位的自动控制在工业生产领域应用的非常普遍，就控制系统自身而言，其具有压力传感器、计算机与采集板组成的控制器、执行器（水泵）、控制对象（水箱）等。本次实验的重要任务是了解一个完整的液位系统的组成、构成液位控制系统的各个部件的工作原理及连接方式、工业上离散控制系统的通信标准、熟悉p909仪表的操作并实现单回路液位控制，有基本的液位调节能力。液位系统结构图：整个系统重要有水泵、电磁阀、传感器、水箱组成。由水泵供水，电动阀调节流速（实验系统中还具有手动调节阀）通过两个入水口进入水箱，在通过一个出水口进入排水箱，之所以用两个入水口是考虑到进水会带来液位的波动从而给控制器的控制带来困难所以通过两个入口从底部进水，但虽然减少了液位波动但也导致了一些负面影响：入水管中的压强会随着液位的上升而变大，在实际成产中也许会导致事故。安顿在系统中的传感器将系统的状态（温度，水箱液位，入水管压强）通过电流形式上传给上位机，通过控制器的计算再输出电流控制执行器，如：电动阀的开度，加热器等从而达成系统的反馈控制。传感变送系统传感器：压力传感器：测量液位高度用的压力传感器为集成压力传感器，通过内部电路将压力信号转化为4~20mA标准信号传送给控制器P909。传感器安装在容器的底部，传感器信号传送至P909。二．控制原理控制系统框图：本系统使用的是PID控制，但PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了，控制器参数的“最佳”值也就随着改变，这就意味着需要适时地整定控制器的参数。但PID参数复杂繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员。因此研究PID参数整定技术具有十分重大的工程实践意义。在实时控制中，一般规定被控过程是稳定的，对给定量的变化可以迅速跟踪，超调量要小且有一定的抗干扰能力。一般要同时满足上述规定是很困难的，但必须满足主要指标，兼顾其它方面。参数的选择可以通过实验拟定，也可以通过试凑法或者经验数据法得到。PID参数的整定方法：1用试凑法拟定PID控制器参数试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响限度，边观测系统的运营，边修改参数，直到满意为止。一般情况下，增大比例系数Kp会加快系统的响应速度，有助于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数KI将减少积分作用，有助于减少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。增长微分系数KD有助于加快系统的响应，是超调减少，稳定性增长，但对干扰的克制能力会减弱。在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的环节进行整定。（1）比例部分整定。一方面将积分系数KI和微分系数KD取零，即取消微分和积分作用，采用纯比例控制。将比例系数Kp由小到大变化，观测系统的响应，直至速度快，且有一定范围的超调为止。假如系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计规定，那么只需用纯比例调节器即可。（2）积分部分整定。假如比例控制系统的静差达不到设计规定，这时可以加入积分作用。在整定期将积分系数KI由小逐渐增长，积分作用就逐渐增强，观测输出会发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复实验几次，直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比本来加大，应适当的减少一点比例系数KP。（3）微分部分整定。若使用比例积分（PI）控制器经反复调整仍达不到设计规定，或不稳定，这时应加入微分作用，整定期先将微分系数KD从零逐渐增长，观测超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数KP、积分系数KI，逐步使凑，直到满意为止。2扩充临界比例度法这种方法合用于有自平衡的被控对象，是模拟系统中临界比例度法的扩充。其整定环节如下：（1）选择一个足够短的采样周期T。所谓足够段，就是采样周期小于对象的纯之后时间的1/10。