单容水箱液位定值控制实验
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)一、实验目的1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。
2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。
3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。
二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。
三、实验原理一阶单容水箱PID控制方框图图为单回路上水箱液位控制系统。
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用EPA系统控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，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，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
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。
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）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
对于我们的实验系统，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中的曲线①、②、③所示。
P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线四、实验步骤(1)关闭出水阀,将CS4000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
单容水箱液位pid控制实验报告
单容水箱液位pid控制实验报告实验报告：单容水箱液位PID控制实验实验目的：本实验旨在通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证PID控制算法在液位控制中的应用效果，并了解PID控制器参数调节的方法和影响因素。
实验装置和仪器：1. 单容水箱：用于存放水并模拟液位变化。
2. 液位传感器：用于实时监测水箱的液位。
3. 控制器：采用PID控制器，用于调节水箱液位。
4. 电源和信号线：提供电力和信号传输。
实验步骤：1. 将水箱与液位传感器连接，并确保传感器能够准确测量液位。
2. 将PID控制器与液位传感器连接，建立控制回路。
3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。
4. 将控制器调至手动模式，并将控制器输出设定值调整为合适的初始值。
5. 开始实验，记录初始液位和控制器输出设定值。
6. 观察液位的变化，并记录实时液位值。
7. 根据液位变化情况，调整PID控制器的参数，使液位尽可能接近设定值。
8. 结束实验，记录最终液位和控制器参数。
实验结果：通过实验，我们得到了如下的结果和观察：1. PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，不同的参数组合会导致液位的不同响应和稳定性。
2. 比例系数P的增大可以增加控制器对液位误差的敏感程度，但过大的P值可能引起震荡或超调。
3. 积分时间I的增大可以减小稳态误差，但过大的I值可能导致震荡或系统不稳定。
4. 微分时间D的增大可以提高系统的动态响应速度，但过大的D值可能引起噪声干扰或导致系统不稳定。
5. 通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，使液位尽可能接近设定值并保持稳定。
结论：本实验通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证了PID控制算法在液位控制中的应用效果。
通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，并使液位保持稳定。
实验结果表明，PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，需要根据实际情况进行调整和优化。
实验一 单容自恒水箱液位特性测试实验
实验报告课程过程控制及仪表实验日期2020 年6月15日专业班级自动化1702班姓名学号1706010403实验名称实验一单容自恒水箱液位特性测试实验评分批阅教师签字1.实验目的1. 熟悉利用计算法建立系统一阶惯性环节加纯延迟环节的数学模型方法。
2. 学会利用MATLAB/Simulink对系统进行建模的方法。
2.实验内容某单容水箱为被控对象，水箱液位为被控参数，水箱总量程为100mm, 在阶跃扰动20%∆=时，其阶跃响应的实验数据如表1-1所示。
u表1-1 阶跃响应实验数据响应曲线起始速度较慢，其阶跃响应曲线呈S状，可近似认为被控对象是具有纯滞后的一阶惯性环节，利用计算法，确定增益K，时间常数T和纯滞后时间τ。
（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程序（gkshiyan1_1）。
（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值分别设置为0和20。
（4）将实际系统和近似系统的阶跃响应曲线进行比较，编写MATLAB程序（gkshiyan1_2）。
3.实验方法与步骤（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程序（gkshiyan1_1）。
程序如下：% 将系统近似一阶惯性环节加纯延迟的计算程序tr=10; % 输出响应延迟时间，即输出无变化时间t=[10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800]-tr;h=[0 0.2 0.8 2 3.6 5.4 8.8 11.4 14.4 16.1 18.2 19.2 19.6 19.8 20];h=h/h(length(h)); %把输出转换成无量纲形式h1=0.39;h2=0.63;t1=interp1(h,t,h1)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在39%时的时间t1t2=interp1(h,t,h2)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在63%时的时间t2T=2*(t2-t1) %被控对象传递函数的惯性时间常数tao=2*t1-t2 %被控对象传递函数的延迟时间运行结果如下：>> gkshiyan1_1T =159.5294tao =48.4706>>（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值分别设置为0和20。
单容水箱液位pid控制系统实验报告
单容水箱液位pid控制系统实验报告本次实验以单容水箱液位PID控制系统为研究对象，通过实验来探究PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用。
实验采用的硬件设备包括一台多功能数据采集仪、一个电动水泵、一个水箱、一个液位传感器以及一台电脑。
液位传感器负责实时监测水箱的液位高度，然后将液位信号传输给多功能数据采集仪，再通过电脑处理分析数据。
电动水泵负责将水加入到水箱中，实现液位的上升。
在实验中我们需要采用PID控制算法对液位进行控制。
PID控制器是由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）三个部分组成的一种常见的控制算法。
比例控制器根据当前偏差值来进行控制，积分控制器主要解决由于比例控制器的积累误差，使系统达到静态稳态的需求，微分控制器则是对系统输出信号的变化率进行调整，在系统响应速度方面起到了重要的作用。
PID控制器综合了三种控制器的优点，因此在工业自控领域中得到了广泛的应用。
在实验的开始，我们首先需要计算PID控制参数，包括比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
计算出这些参数之后，我们需要将它们输入到控制器中，使得控制器能够根据当前的液位值来进行控制。
实验过程中，需要适当控制电动水泵的运行时间和运行速度，使得液位能够平稳地上升，同时又不超过设定的上限值。
在实验中，我们首先对比例系数进行了调整。
我们发现当比例系数过大时，液位的波动会变得非常剧烈，表现为液位的快速上升和下降。
当比例系数过小时，系统的响应速度将会比较慢，导致液位不能够很好地达到设定值。
通过实验我们调整了比例系数，使得液位能够更加稳定地上升，并且在液位接近设定值时，系统能够迅速地响应。
我们也对积分时间和微分时间进行了调整，并且通过分析实验数据，我们最终确定了比例系数为1.8、积分时间为0.2秒和微分时间为0.1秒。
通过本次实验，我们深入了解了PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用，也体验了PID控制系统参数调整的过程。
我们相信，在实际工程中，PID控制系统的应用会带来更大的效益。
单容水箱液位定值控制系统课设报告
综合实验报告实验名称自动控制系统综合实验题目单容水箱液位定值控制系统指导教师王巧玲设计起止日期2013 年 1 月 7 日～1 月 18 日系别自动化学院控制工程系专业学生姓名班级学号成绩目录第一章MCGS 简介 (1)一、MCGS 组态软件的系统构成 (1)1、MCGS 组态软件的整体结构 (1)2、MCGS 组态软件的五大组成部分 (1)二、MCGS 组态软件的工作方式 (2)1、MCGS 如何与设备进行通讯 (2)2、MCGS 如何产生动画效果 (2)3、MCGS 如何实施远程多机监控 (2)4、如何对工程运行流程实施有效控制 (2)三MCGS 组态软件的一般组态过程 (2)工程项目系统分析 (2)工程立项搭建框架 (3)设计菜单基本体系 (3)制作动画显示画面 (4)编写控制流程程序 (4)完善菜单按钮功能 (4)编写程序调试工程 (4)第二章综合实验纲要 (6)一、综合实验的目的 (6)二、综合实验的基本要求 (6)三、实验前的准备及安全操作规程 (6)安全操作规程 (6)四、综合实验内容要求 (7)硬件系统设计 (7)软硬件测试 (7)数据 I/O 及通信设计 (7)监控组态界面设计 (7)控制算法设计 (8)系统调试和完善 (8)撰写设计报告 (8)第三章单容水箱液位定值控制系统 (9)概况 (9)实验所需设备以及所需软件 (9)要求 (9)实验原理 (9)第四章实验设计 (10)一、实时数据库的设计 (10)二、添加设备 (10)三、添加运行策略 (11)四、添加用户窗口 (12)主窗口属性 (13)五、设计主页面 (14)添加设定值 SV、测量值 PV 以及输出值 OP 的动态条显示 (14)添加变量设定栏 (15)添加变量显示栏 (16)添加手自动按钮 (16)添加历史曲线按钮 (17)添加实时曲线显示 (17)六、历史曲线页面 (18)第五章实验结果 (19)一、PID 调试过程 (19)二、PID 参数确定 (19)三、加扰动、测性能 (20)第六章总结 (20)第七章参考资料文献 (20)第一章MCGS简介一、MCGS组态软件的系统构成1、MCGS组态软件的整体结构MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于 Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于 Microsoft Windows95/98/NT/2000/XP 等操作系统。
单容水箱液位定值控制实验
单容水箱液位定值控制实验
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、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表
三、实验原理
1、控制系统结构
单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。
控制逻辑如图5-4所示：
水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为水位H。
使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。
控制策略使用PI、PD、PID调节。
实际上，可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制压力，效果可能更好。
2、控制系统接线表
测量或控制量测量或控制量标
号
使用PLC端
口
使用ADAM端
口
下水箱液位LT103 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0。
单容水箱液位过程控制实验报告
单容水箱液位过程控制实验报告一、实验目的1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。
2、掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。
3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4、了解PID调节器对液位、水压控制的作用。
二、单容水箱系统模型图12.1液位控制的实现本实验采用计算机PID算法控制。
首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。
2.2 被控对象本实验是单容水箱的液位控制。
被控对象为图1中的上水箱，控制量为流入水箱的流量，执行机构为调节阀。
由图1所示可以知道，单容水箱的流量特性：水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。
这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。
所以，若阀开度适当，在不溢出的情况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。
由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。
三、电动调节阀流量特性物理模型电动调节阀包括执行机构和阀两个部分，它是过程控制系统中的一个重要环节。
电动调节阀接受调节器输出4～20mADC的信号，并将其转换为相应输出轴的角位移，以改变阀节流面积S的大小。
图2为电动调节阀与管道的连接图。
图2图中：u----来自调节器的控制信号（4～20mADC）θ----阀的相对开度s----阀的截流面积q----液体的流量由过程控制仪表的原理可知，阀的开度θ与控制信号的静态关系是线性的，而开度θ与流量Q的关系是非线性的。
四、单容水箱系统PID控制规律及整定方法数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在液位控制系统中也有着极其重要的控制作用。
本章主要介绍PID控制的基本原理，液位控制系统中用到的数字PID控制算法及其具体应用。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告
进程控制分解试验陈述试验名称：单容液位定值控制体系专业：电气工程班级:姓名：学号：试验计划一、试验名称：单容液位定值控制体系二、试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化. 5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制（本次试验我组采取的是PI控制）.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图一.试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化.5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.二.试验装备1．试验控制水箱;2．试验对象及控制屏.盘算机一台.SA-44挂件一个.PC/PPI通信电缆一根;3．三相电源输出（~380V/10A）.单相电源输出（~220V/5A）中单相I.单相II端口.三相磁力泵（~380V）.压力变送器LT2.电动调节阀中控制旌旗灯号（4~20mA输入,~220V输入）.S7-200PLC 中AO端口.AI2端口.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图四.试验内容与步调本试验选择中水箱作为被控对象.试验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1.F1-2.F1-7.F1-11全开,将中水箱出水阀门F1-10开至恰当开度,其余阀门均封闭.本次试验采取的是S7-200控制的办法.图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制试验接线图1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通信电缆线将S7-200PLC衔接到盘算机串口2,并按照下面的控制屏接线图衔接试验体系.将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的地位.2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ.Ⅲ空气开关,给S7-200PLC及电动调节阀上电.3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件,并打开“S7-200PLC”程序进行下载,然后将S7-200PLC置于运行状况,然后运行MCGS组态情况,打开“S7-200PLC控制体系”工程,然落后入MCGS运行情况,在主菜单中点击“试验三.单容液位定值控制”,进入试验三的监控界面.4．在上位机监控界面中点击“启动内心”.将智能内心设置为“手动”,并将设定值和输出值设置为一个适合的值,此操纵可经由过程调节内心实现.5．合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,恰当增长/削减智能内心的输出量,使中水箱的液位均衡于设定值.6．依据经验法或动态特征参数法整定调节器参数,选择PI控制纪律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置.7．待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,经由过程以下几种方法加干扰：（1）突增（或突减）内心设定值的大小,使其有一个正（或负）阶跃增量的变更;（此法推举,后面三种仅供参考）（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至恰当开度;（3）将下水箱进水阀F1-8开至恰当开度;（转变负载）（4）接上变频器电源,并将变频器输出接至磁力泵,然后打开阀门F2-1.F2-4,用变频器歧路以较小频率给中水箱打水.以上几种干扰均请求扰动量为控制量的5％～15％,干扰过大可能造成水箱中水溢出或体系不稳固.参加干扰后,水箱的液位便分开原均衡状况,经由一段调节时光后,水箱液位稳固至新的设定值（采取后面三种干扰办法仍稳固在原设定值）,记载此时的智能内心的设定值.输出值和内心参数,液位的响应进程曲线将如图3所示.图3 单容水箱液位的阶跃响应曲线8．分离适量转变调节仪的P及I参数,反复步调7,用盘算机记载不合参数时体系的阶跃响应曲线.9．分离用P.PD.PID三种控制纪律反复步调4～8,用盘算机记载不合控制纪律下体系的阶跃响应曲线.四、试验成果剖析试验刚开端时,输入设定值（SV）为90cm,比例系数（P）.积分时光(I)均设为10,液位波形开端有近似纪律的阻尼震动响应,直至最后波形稳固,得出响应曲线.（如图4.5所示）图4 单容液位控制的系数调节图5 单容液位控制的响应曲线六.试验总结进修了单容液位定值控制体系办法,待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,突减内心设定值为60,使其有一个负阶跃增量的变更,但因为忽视,未能将图像保管下来.因为设定值的原因,波位波形曲线趋势准确,但是阻尼震动时光过长,得到最后成果曲线所需时光较长,解释取值其实不是完善.后经由学长讲授,应将积分时光(I)设为5,如许将大大晋升试验效力.这更请求我们在做试验前可以经由过程剖析法对试验成果进行理论剖析,找到近似值,在试验时可以直接在理论值邻近进行验证,将有用进步试验效力.。
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单容水箱液位定值控制实验
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、分析分别用P、PI和ＰID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PＩD调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
Ａ3００0现场系统，任何一个控制系统,万用表
三、实验原理
1、控制系统结构
单容水箱液位定值(随动)控制实验,定性分析P, PI，PD控制器特性。
控制逻辑如图5-4所示:
水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为水位Ｈ。
使用P,ＰI , PID控制,看控制效果,进行比较。
控制策略使用ＰI、PD、PIＤ调节。
实际上，可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制压力,效果可能更好。
2、控制系统接线表。