单容水箱液位定值控制实验
第一个 单容自衡水箱液位特性测试实验
第一节 单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线； 2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数；二、实验设备PCS-E 过程控制综合实验装置，电脑 三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。
自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，下水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q 2。
液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。
若将Q 1作为被控过程的输入变量，h 为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h 与Q 1之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 2=Adtdh (2-1)将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adth d ∆ (2-2)式中：ΔQ 1，ΔQ 2，Δh ——分别为偏 离某一平衡状态的增量；A ——水箱截面积。
在平衡时，Q 1=Q 2，dtdh ＝0；当Q 1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出 图2-1 单容自衡水箱特性测试系统 口处的静压也随之变化，Q 2也发生变化 （a ）结构图 （b ）方框图。
由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线性关系。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-11的阻力R 成反比，即ΔQ 2=Rh ∆ 或 R=2Q ∆∆h (2-3)式中：R ——阀F1-11的阻力，称为液阻。
将式(2-2)、式(2-3)经拉氏变换并消去中间变量Q 2，即可得到单容水箱的数学模型为W 0（s ）＝)()(1s Q s H ＝1RCs R +=1s +T K (2-4)式中T 为水箱的时间常数，T ＝RC ；K 为放大系数，K ＝R ；C 为水箱的容量系数。
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。
单容水箱液位控制综合报告
单容水箱液位过程控制综合报告自动化专业实验单容水箱液位过程控制综合报告I. 实验目的一、 了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。
二、 掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。
三、 研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
四、 了解P 、PI 、PD 和PID 四种调节器分别对液位控制的作用。
II. 单容水箱系统模型一、单容水箱物理模型单容水箱的结构图如下：由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时10200Q Q -= （1）动态时，则有12d V Q Q d t-=（2）式中V 为水箱的贮水容积，dtdV 为水贮存量的变化率，它与H 的关系为Adh dV =，即d V d h Ad td t= （3）A 为水箱的底面积。
把式（3）代入式（2）得12d h Q Q Ad t-= （4）基于Q 2=SR h ，R S 为阀V2的液阻，则上式可改写为1Sh d h Q AR d t-=即1sd h A R h K Qd t+=或写作1()()1H s K Q s T S =+ （5）式中s T A R =，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；s K R =。
二、 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2-9为电动调节阀与管道的连接图。
图2-9 电动调节阀与管道的连接图图中：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。
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。
单容液位定值控制系统
二、单容液位定值控制系统一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
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P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
二、实验设备DDD-Z05-I实验对象及DDD-Z05-IK控制屏、DDD-Z05-III 电源控制柜一台、SA-12挂件一个、SA-13A挂件一个、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
三、实验原理图3-6 上水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-6所示。
被控量为锅炉汽包（也可采用上水箱或）的液位高度，实验要求锅炉汽包的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT2检测到的锅炉汽包液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制锅炉汽包液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
四、实验内容、步骤及结果本实验选择作上水箱为被测对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-6、F2-14全开，将出水阀门F1-9开至适当开度（40%-70%），其余阀门均关闭。
1. 将SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并文字部分强电接通电源控制柜电源总开关，打开钥匙开关，控制屏上单相Ⅰ的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端表3-1 仪表单容液位定值控制接线说明●参考参数：SV=8CM ;P=20;I=40;D=0Sn=33;CF=0；ADDR=1；diH=50;dil=0;2．接通总电源空气开关和钥匙开关，直流电压指示24V，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给智能仪表上电。
3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制”，进入实验三的监控界面。
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。
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实验上水箱液位定值控制系统
一. 实验目的
1．了解闭环控制系统的结构与组成。
2．了解单闭环液位控制系统调节器参数的整定。
3．观察阶跃扰动对系统动态性能的影响。
二. 实验设备
1. THJ-2型高级过程控制系统装置
2. 计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根
三. 实验原理
单回路控制系统的结构/方框图: 它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。
本实验系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。
系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱液位在稳定时等于给定值。
由反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感检测作为反馈信号。
其实验图如下：
过程：储水箱的水被抽出后经过电动调节阀调节进水量送给上水箱，经过LT1的测量变送使上水箱的液位反馈给LC1，LC1控制电动调节阀的开度进而控制入水流量，达到所需要的液位并保持稳定。
四．实验接线
其接线图为：图中LT2改接为LT1
五．实验内容及步骤
1．按图要求，完成系统的接线。
2．接通总电源和相关仪表的电源。
3．打开阀F1-1、F1-2、F1-6和F1-9，且把F1-9控制在适当的开度。
4．设置好系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，使电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定量所要求的值，且基本稳定不变时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。
5．启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行下列实验：
设定其智能调节仪的参考参数为：SV=8cm；P=20；I=40；D=0；CF=0；ADDR=1；Sn=33；diH=50;dil=0;上水箱出水阀开度：45%。
运行MCGS组态软件软件，并进行实验当实验数据稳定的同时记录的实验曲线如下图：
其系统达到稳态的实验数据为：
系统大约在5分钟左右到达稳态，记录下的曲线为阶跃响应曲线。
在系统达到稳态之后，加入一阶跃扰动，使上水箱液位的设定值变为SV=9cm 待系统到达稳态后记录其曲线为：
大约5分钟后系统达到稳态，对系统施加一干扰，使下水箱出水阀门F1-10的开度增加，观察系统的变化，经过系统的再次调整，系统达到稳态状态下的实验曲线为下图：
六．总结
该控制系统具有良好的抗干扰的能力。
当干扰出现后，系统能在调节器的控制下很快的进行调整，并在短时间内达到新的稳定状态。