双容水箱液位PID控制实验
双容水箱液位PID控制实验
《过程控制系统设计》课程实验报告2018年5月9日实验二双容水箱液位PID控制实验一、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DDC 实验软件；2、PC 机（Window XP 操作系统）；3、CS4000型过程控制实验装置。
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图 1 所示：图 1 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。
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，即在阶跃扰动作用下，先满足需要的衰减率，然后尽量协调准确性和快速性要求。
四、实验内容在手动情况下进入初始稳态（如图3），然后根据水箱的实际液位情况进行了一次下水箱阶跃响应测试，最终达到平衡状态，如图4所示。
根据两点法求K、T、τ参数，并用响应曲线法整定出对应的控制器参数。
将整定好的参数投入设备，进行闭环自动控制，并微调参数，记录分析控制系统的响应曲线。
图2 现场接线图图3 建立工作点图4 下水箱阶跃响应测试曲线五、数据记录由图4的阶跃响应曲线，根据两点法求出K、T、τ参数，并用响应曲线法整定出对应的控制器参数P、Ti，绘图及计算过程如图5所示。
图5 响应曲线法整定参数设置完PID参数（Kc=1/P=1/0.7=1.43,Ti=8.52min×60=514.8s），手动切自动，修改设定值（SV=13），最终达到平衡状态，如图6所示。
双容水箱液位定值控制系统实验
双容水箱液位定值控制系统实验双容水箱液位定值控制系统一、实验目的1( 通过实验，进一步了解双容对象的特性。
2( 掌握调节器参数的整定与投运方法。
3( 研究调节器相关参数的改变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3( 万用表一只三、实验原理本实验系统以中水箱与下水箱为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被图6-1 双容液位定值控制系统结构图控制量。
基于系统的给定量是一定值，要求被控制量在稳态时等于给定量所要求的值，所以调节器的控制规律为PI或PID。
本系统的执行元件既可采用电动调节阀，也可用变频调速磁力泵。
如果采用电动调节阀作执行元件，则变频调速磁图6-2 双容液位定值控制系统方框图力泵支路中的手控阀F2-4或F2-5打开时可分别作为中水箱或下水箱的扰动。
图6-1为实验系统的结构图，图6-2为控制系统的方框图。
四、实验内容与步骤1( 图6-1所示，完成实验系统的接线。
2( 接通总电源和相关仪表的电源。
3( 打开阀F1-1、 F1-2、F1-7、F1-10和F1-11，且使F1-10的开度大于F1-11的开度。
4( 用实验四(上册)中所述的临界比例度法或4:1衰减振荡法整定调节器的相关参数。
5( 设置系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，控制电动调节阀给中水箱打水，待中水箱液位基本稳定不变且下水箱的液位等于给定值时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。
6( 启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行下列实验:1)当系统稳定运行后，突加阶跃(给定量增加5%,15%)，观察并记录系统的输出响应曲线。
2)待系统进入稳态后，启运变频器调速的磁力泵支路，分别适量改变阀F2-4或阀F2-5的开度(加扰动)，观察并记录被控制量液位的变化过程。
7.通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。
实验五、串接双容下水箱液位PID整定实验
1.4.2二阶水箱对象PID控制
实验五串接双容中水箱液位PID整定
一、实验目的
（1）熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。
（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控制器参数对双容系统控制性能的影响。
二、实验设备
CS2000型过程控制实验装置、计算机、DCS控制系统与监控软件。
(7)改变控制规律，时间允许的情况下，对于P、PI、PID，分别得到2条合理的过渡过程曲线（对应不同参数）。注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
五、实验报告要求
（1）画出双容水箱液位控制实验系统的结构图。
（2）画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D对系统性能的影响。
六、思考题
三、实验原理
二阶双容水箱液位PID控制方框图
上图为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它与实验四不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使中水箱的液位高度等于给定值所期望的高度，具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响功能。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于控制器（DCS）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故系统的稳定性不如单容液位控制系统。
对于阶跃输入（包括阶跃干扰），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比。若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数δ和TI调节的合理，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的控制作用，从而使系统既无余差存在，阀，将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
双容水箱实验报告
一、实验目的1. 了解双容水箱液位控制系统的基本原理和组成。
2. 掌握双容水箱液位控制系统的建模、仿真和实验方法。
3. 学习PID控制算法在双容水箱液位控制系统中的应用。
4. 分析不同控制策略对系统性能的影响，优化控制参数。
二、实验设备1. 双容水箱系统：包括两个水箱、阀门、传感器、执行器等。
2. 控制器：采用PID控制器进行液位控制。
3. 电脑：用于数据采集、仿真和参数调整。
4. MATLAB软件：用于系统建模、仿真和数据分析。
三、实验原理双容水箱液位控制系统主要由水箱、传感器、执行器和控制器组成。
系统的工作原理如下：1. 传感器检测水箱液位，并将液位信号传输给控制器。
2. 控制器根据预设的液位设定值和当前液位值，计算出控制信号。
3. 执行器根据控制信号调整阀门开度，控制进水流量和出水流量。
4. 通过调节进水流量和出水流量，使水箱液位保持在设定值附近。
四、实验步骤1. 系统建模：根据实验设备，建立双容水箱液位控制系统的数学模型。
模型包括水箱的液位方程、进水流量方程和出水流量方程。
2. 系统仿真：在MATLAB中，根据建立的数学模型进行系统仿真。
仿真过程中，调整PID控制器的参数，观察不同参数对系统性能的影响。
3. 实验验证：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。
通过改变液位设定值，观察系统响应和稳定性。
4. 参数优化：根据实验结果，调整PID控制器的参数，使系统性能达到最优。
五、实验结果与分析1. 系统仿真结果：在MATLAB中，通过仿真实验，观察到不同PID控制器参数对系统性能的影响。
结果表明，参数的合理选择对系统性能有显著影响。
2. 实验验证结果：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。
实验结果显示，系统响应速度快，稳定性好，能够有效控制水箱液位。
3. 参数优化结果：根据实验结果，对PID控制器的参数进行优化。
优化后的参数能够使系统在较短时间内达到稳定状态，并保持较高的响应速度。
双容水箱液位定值控制系统实验报告
XXXX大学电子信息工程学院专业硕士学位研究生综合实验报告实验名称：双容水箱液位定值控制系统专业：控制工程姓名： XXX学号：XXXXXX指导教师： XXX完成时间：XXXXX实验名称：双容水箱液位定值控制系统实验目的：1．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。
2．掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。
4．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。
5．掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。
实验仪器设备：1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-21挂件一个、SA-22挂件一个、SA-23挂件一个；4．SA-31挂件一个、SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器两个，网线四根；5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡及网线；6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。
实验原理：本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。
要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT2检测到的中水箱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，以达到控制下水箱液位的目的。
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。
调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。
本实验系统结构图和方框图如图所示。
方案设计及参数计算：单回路控制系统方框图的一般形式，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。
单回路控制系统方框图调节器参数的整定方法（一）经验法系统参数δ(%)T I(min) T D(min)温度20～60 3～10 0.5～3流量40～100 0.1～1压力30～70 0.4～3液位20～80(二)临界比例度法根据临界比例度δk和振荡周期T S，按下表所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以得到4：1衰减为目标。
CS4000双容水箱液位串级PID控制实验(1~6号实验装置)
双容水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律2、学习串级PID控制系统的组成和原理3、学习串级PID控制系统投运和参数整定二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Window 2000 Professional 操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：图17－1 本仿真系统的双容水箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要目的副变量：y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上水箱主对象：下水箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。
串级控制系统的主要优点有：1）副回路的干扰抑制作用发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作用副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。
双容液位PID控制
摘要本设计以THSA-1型综合自动化控制系统实验装置为平台，采用PID控制规律，对双容水箱系统的下水箱液位进行控制。
以远程数据采集控制方式进行实验，并利用MCGS组态软件来实现计算机监控，使控制系统具有良好的稳态性能和动态性能。
实验测试结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制。
关键词：液位控制；PID调节；MCGSAbstractThe design is according to the THSA-1 experimental device of integrated automation control system, using the PID control rules on the two-capacity water tank system to control the water level. By way of remote data acquisition and control experiments, using MCGS configuration software to monitor the computer, so that the control system will have good steady state and dynamic performance. The experimental results show that the system of process parameters achieves zero steady-state of error control.Keywords: liquid level control; PID control; MCG目录前言............................................................... - 1 -第1章绪论........................................................ - 2 -1.1过程控制概述 ............................................................................................................ - 2 -1.2设计内容 ................................................................................................................... - 4 - 第2章双容水箱液位系统控制方案.................................... - 4 -2.1 单回路控制系统概述................................................................................................. - 4 -2.2 调节器设计............................................................................................................... - 5 -2.2.1单容水箱液位特性测试 ................................................................................... - 6 -2.2.2双容水箱特性测试和被控对象的建模 .............................................................. - 8 -2.2.3调节规律的选择.............................................................................................- 11 -2.2.4调节器正/反作用方式的选择....................................... - 12 -2.2.5调节器的参数整定 .........................................................................................- 12 - 第3章双容水箱液位系统控制实验................................... - 15 -3.1实验所用装置说明 ....................................................................................................- 15 -3.1.1 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台.................................................- 15 -3.1.2 THSA-1型过控综合自动化控制系统对象........................................................- 16 -3.1.3 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台.................................................- 17 -3.1.4 软件介绍 ......................................................................................................- 19 -3.2双容水箱液位PID控制实验 ......................................................................................- 20 -3.2.1实验内容与步骤.............................................................................................- 20 -3.2.2实验结果与数据分析......................................................................................- 22 - 结论............................................................... - 28 -参考文献 (29)致谢.................................................. 错误！未定义书签。
双容水箱液位PID控制实验
《过程控制系统设计》课程实验报告2018年5月9日实验二双容水箱液位PID控制实验一、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DDC 实验软件；2、PC 机（Window XP 操作系统）；3、CS4000型过程控制实验装置。
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图 1 所示：图 1 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。
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，即在阶跃扰动作用下，先满足需要的衰减率，然后尽量协调准确性和快速性要求。
四、实验内容在手动情况下进入初始稳态（如图3），然后根据水箱的实际液位情况进行了一次下水箱阶跃响应测试，最终达到平衡状态，如图4所示。
根据两点法求K、T、τ参数，并用响应曲线法整定出对应的控制器参数。
将整定好的参数投入设备，进行闭环自动控制，并微调参数，记录分析控制系统的响应曲线。
图2 现场接线图图3 建立工作点图4 下水箱阶跃响应测试曲线五、数据记录由图4的阶跃响应曲线，根据两点法求出K、T、τ参数，并用响应曲线法整定出对应的控制器参数P、Ti，绘图及计算过程如图5所示。
图5 响应曲线法整定参数设置完PID参数（Kc=1/P=1/0.7=1.43,Ti=8.52min×60=514.8s），手动切自动，修改设定值（SV=13），最终达到平衡状态，如图6所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验时间： 2013年 5月 15日
一、实验目的 学习双容水箱液位PID控制系统的组成和原理 进一步熟悉PID的调节规律 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DDC实验软件 2、PC机（Windows XP 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：
问题，未能进一步地检测Ti对各参数的影响，因此在经验法的基础上，由于超调 量较大，衰减率较小，我认为接下来应减小Kc从而达到减小超调量以及加大衰 减比的目的。
2、根据趋势曲线，计算在较佳控制参数下的超调量、过渡时间和衰减比等 特性参数。 超调量：36.8% 过渡时间：1632 衰减率：1
3、分析P、I、D三种调节作用对控制效果的影响。 比例度P减小会加大超调量和振荡频率，同时会减少静差和衰减率； 积分时间Ti减小同样会加大超调量和振荡频率，同时会减小衰减率，但会使 静差恒等于0； 微分时间Td增加会减小超调量，同时会增大衰减率和振荡频率，但不会影响 静差。 在本实验中运用的是PI控制，不能使用微分控制，由于微分控制过快过于迅 速，不适用于液位控制。
5、通过本次实验总结在 PID 参数整定过程中应注意的问题。 整定PID参数时，应该根据实际情况先选择控制规律，然后按由P开始，I、 D 的顺序进行各项参数的整定，修改参数时，要注意P不能过小、Ti不能过短、Td 不能过长（本次实验为用到） ，不然会引起周期性的激烈振荡。
六、思考题 1、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？ 答：实验需要了解双容水箱实验对象和内容，被控对象为水箱，被控量为液 位高度，所以做PID设计时不应加入微分作用，同时要注意每次变换控制参数进 行实验观察波形时都必须要有阶跃作用， 即设定值变化时都会有调节阀开度的变 化。 在改变参数时要注意各个参数变化的大小， 不宜过大， 不然会影响实验效果， 浪费时间， 同时在参数改变后要将PID控制设定为自动模式， 不然没有控制效果。 2、试用控制原理的相关理论分析 PID 调节器的微分作用为什么不能太 大？ 答：由于增大微分作用能使超调量减小，衰减率增加，振荡频率增加，微分 作用过大会产生周期性的激烈振荡， 会引起控制阀时而全开时而全关， 会使系统 对扰动的抑制能力减弱，不利于我们对系统进行调节。 3、为什么微分作用的引入必须缓慢进行？这时的比例系数 K 是否要改 变？为什么？ 答：由于微分作用会增加快速性，直接加入微分作用会使系统响应过快反而 不能达到预期的控制效果。此时比例系数K不需要进行改变，因为微分作用只对 改善动态特性有效果，对静态特性无关。 4、调节器参数（K、Ti 和Td）的改变对整个控制过程有什么影响？ 答：K增大会加大超调量和振荡频率，同时会减少静差和衰减率； 积分时间Ti减小同样会加大超调量和振荡频率，同时会减小衰减率，但会使 静差恒等于0； 微分时间Td增加会减小超调量，同时会增大衰减率和振荡频率，但不会影响 静差。 七、心得体会 本次实验运用所得出的PID参数来对双容水箱大的对象特性进行控制。是我 们首次对实物进行PID参数的整定，在实验中，由于错误地选取水箱3作为响应 曲线进行记录，导致我们只能重新记录水箱1的值，进行实验建模和经验法计算 PID参数，浪费了很多宝贵的时间，所以最终只能调节Kc参数到理想值，对于Ti 就没来得及改动，这是十分遗憾的。不过这次实验的收获还是很多的。
根据结果再次设置PID参数，这里选取
Kc
=0.5，
Ti
=438.9，结果如下：
图 2-3
K c =0.5， Ti =438.9 时水箱 1 液位阶跃响应曲线（绿色）
9、 结果分析 a、分析PID控制器的参数将实际的PID参数与经验法得出的参数进行比较， 并验证经验法。 b、分析PID控制器的控制曲线 根据趋势曲线，计算在较佳控制参数下的超调量、过渡时间和衰减比等特性 参数 c、分析P、I、D三种调节作用对控制效果的影响
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。 5、启动水箱1液位PID控制器 a、将控制器改成自动方式：单击控制器窗体的“自动”按钮； b、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。 6、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8步。 7、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： a、如果系统出现振荡时，应适当减小比例作用和积分作用； b、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；
五、实验报告 1、将实际的PID参数与经验法得出的参数进行比较，并验证经验法。 由实验二所得出的 Kc 0.7 ， Ti 438.9 s ；在本次实验中所调试出的最佳参数为
Kc 0.5 ， Ti 438.9 s ，实验一中所得出的Kc值较大，可能会引起系统发散，本
次试验用经验法调试出的Kc较合适，使本身的衰减比约为4:1。但由于试验时间
图 2-1
水箱 1 液位初始稳态阶跃响应曲线（绿色）
水箱1液位初始稳态阶跃响应曲线
（纸质版计算过程见纸质版报告）
根据表1—1在毫米方格纸上画出系统的阶跃响应，用两点法求其传递函数。
y() 18.0 9.5 8.5cm
x0 5%
k y () 8.5cm / 30cm 85 4.722 x0 6%/100% 18
4.722 -133 s e 482 s 1
133 P 1.1 k 1.1 4.7 1.4332 则由经验法得到 ，则 K c =0.7 t 482 Ti 3.3 3.3 133 438.9 s
图 2-2
K c =0.7， Ti =438.9 时水箱 1 液位阶跃响应曲线（绿色）
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
图1
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
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，如下图所示：
单击控制器窗体中的“手动”按钮，将控制器设置成手动； b、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，如下图所示：
4、设置PID控制器参数根据对象特性，设置P、I、D参数： 假定估算PID参数如下： P＝5 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： I＝20 D＝0
四、实验步骤 1、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“实物模型”。 单击实验菜单，进入双容水箱液位PID控制实验界面。 2、选择控制回路 a）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， 从两个回路中任选 一个。 这里， 我们选择“水箱1和3”作为控制回路， 此时只有水箱1的PID控制器是有 效的。 b）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和3”对象为例， 此时需打开水箱1和3的对应阀门， 关闭其它进水阀， 从而构成双容PID控制回路。 具体的设置方式请参考《单容水箱特性测试实验》的实验步骤4。 3、选择PID控制器的工作点 a、PID控制器设置成手动方式 假定我们选择了“水箱1和3”构成的控制回路， 则相应地设置水箱1的 8.2
0.6 480 4.4 1500 8.4
0.7 600 5.4 1680 8.3
1 720 6.0 1860 8.5
1.3 840 6.7 2040 8.5
1.6 960 7.1
时间
下水箱水 位H1 （cm）
时间s
下水箱水 位H1 （cm）
（原始数据见纸质版报告）
时间s 18:17:56 30 (0)
下水箱水 位H1 （cm）
19:29:06 Kc I(s) 0.7 438.9
20:46:53 0.5 438.9
超调量（%） 过渡时间（s） 稳态误差 衰减率 效果评估
60
90
120
150
180
240
0 300 2.6 1080 7.8
0.2 360 3.2 1200 8.0
c、如果期望缩短过渡时间，可以适当加大比例作用； d、液位调节中，一般不用微分作用； 跳转到第4步，继续实验。
8、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： 时间 控 制 参 数 D(s) 0 43% 2880 0 0.733 超调量大，衰减率小 0 36.8% 1632 0 1 超调量和衰减率 均有所改善 （详细计算过程见纸质版报告） 上述表格的得到过程如下： 1、 对实验数据纸中的数据(初始化后)进行分析：