单容液位定值控制系统实验报告
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。
单容水箱液位恒值控制系统设计报告
过程控制系统课程设计专业：自动化设计题目：单容水箱液位恒值控制系统设计班级：学生姓名：学号：指导教师：分院院长：教研室主任：电气工程学院一、课程设计任务书1。
设计内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池,实现对高液位池液位高度的自动控制。
具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。
2。
设计要求1）以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC 作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。
2)PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量≤15%,稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤10s；3）组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；并能显示历史曲线。
4）选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数；5）通过S7—200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试;6)分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7）设计完成后，提交打印设计报告.3。
参考资料1）邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京：机械工业出版社.20032）崔亚嵩主编。
过程控制实验指导书(校内）3)廖常初主编。
PLC编程及应用（第2版)。
北京:机械工业出版社.2007 4）吴作明主编。
工业组态软件与PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社.20074。
设计进度(2012年12月3日至2011年12月16日）时间设计内容2012年12月3日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2012年12月4日～2012年12月5日编制PLC控制程序，并上机调试；2012年12月6日～2012年12月7日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2012年12月10进行MCGS与PLC的连接与调试日～2012年12月12日进行PID参数整定2012年12月13日～2012年12月14日系统运行调试,实现单容水箱液体定值控制2012年1月15日～2012年1月16日写设计报告书5。
单容量水箱液位pid控制实验报告
单容量水箱液位pid控制实验报告实验目的：通过单容量水箱液位PID控制实验，学习PID控制器的原理和调节方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。
实验器材：1. 单容量水箱2. 水泵3. 液位传感器4. 控制器5. 电脑实验原理：PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的控制器。
根据物体的反馈信号与设定值之间的差异，PID控制器会计算出相应的控制量，以使系统的输出信号趋近于设定值，从而实现对物体的控制。
实验步骤：1. 搭建实验装置：将单容量水箱与水泵和液位传感器连接，将控制器与电脑连接。
2. 设置实验参数：根据实验需求，设置控制器的比例增益、积分时间常数和微分时间常数，并将设定值设定为所需的液位。
3. 开始实验：启动水泵，观察水箱液位的变化，并记录在实验报告中。
4. 数据分析：根据液位传感器的反馈信号，计算实际液位与设定值之间的差异，并根据PID控制器的算法计算出相应的控制量。
5. 调整控制参数：根据实验数据分析的结果，调整PID控制器的参数，如增大比例增益、调整积分时间常数和微分时间常数，再次进行实验。
6. 重复步骤3-5，直到达到所需的控制效果。
实验结果与分析：根据实验数据，绘制出液位随时间变化的曲线图。
通过分析曲线形状和数据变化趋势，判断控制系统的稳定性和响应时间。
如果液位在设定值附近波动较小，并且响应时间较短，则说明PID控制系统的参数调节较为合适。
结论：通过单容量水箱液位PID控制实验，我们学习了PID控制器的原理和调节方法，并掌握了PID控制器在液位控制中的应用。
同时，我们还了解到PID控制器的参数调节对控制系统的稳定性和响应时间有很大影响，需要通过实验数据的分析来进行参数调整。
这些知识和技能对于后续的控制系统设计和实施有着重要的指导意义。
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。
单容水箱液位组态控制实验报告【范本模板】
4 单容水箱液位组态控制实验报告学院：自动化学院班级:学号：姓名：单容水箱液位组态一．实验目的：1.熟悉单容水箱液位调节阀PID 控制系统工作原理2.熟悉单用户项目组态过程3.掌握WINCC 画面组态设计方法4.掌握WINCC 过程值归档的组态过程5.掌握WINCC 消息系统的组态过程6.掌握WINCC 报表系统的组态过程二：单容水箱实验原理1、实验结构介绍水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变.被调量为水位H.分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性.直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。
（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。
)调整水箱出口到一定的开度。
突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。
通过物料平衡推导出的公式：μμk Q H k Q i O ==,那么 )(1H k k Fdt dH -=μμ， 其中,F 是水槽横截面积。
在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成μμR k H dtdH RC =+。
公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 02=就是水阻.给定值 图4-1单容水箱液位数学模型的测定实验如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： )1()(0+=TS S KR S G 。
相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》,金以慧编著。
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 AO03参考结果单容水箱水位阶跃响应曲线，如图4—2所示：图4—2 单容水箱液位飞升特性此时液位测量高度184。
5 mm,实际高度184.5 mm -3。
5 mm =181 mm 。
实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm²。
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）。
单容水箱液位过程控制实验报告范文
单容水箱液位过程控制实验报告范文一、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。
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V6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----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。
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太原科技大学实验报告
实验名称：单容液位定值控制系统专业班级：
姓名：
学号：
实验报告
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。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、仪器用具
1．实验控制水箱；
2．实验对象及控制屏、计算机一台、SA-44挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根；
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、电动调节阀中控制信号（4~20mA 输入，~220V输入）、S7-200PLC 中AO端口、AI2端口。
三、实验原理
本实验系统结构图和方框图如图1所示。
被控量为中水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。
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，以达到控制中水箱液位的目的。
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（本次实验我组采用的是PI控制）。
图1 中水箱单容液位定值控制系统
(a)结构图 (b)方框图
四、实验内容与步骤
本实验选择中水箱作为被控对象。
实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开至适当开度，其余阀门均关闭。
本次实验采用的是S7-200控制的方法。
图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制实验接线图
1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上，并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
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置于运行状态，然后运行MCGS组态环境，打开“S7-200PLC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。
4．在上位机监控界面中点击“启动仪表”。
将智能仪表设置为“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。
5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值。
6．根据经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PI控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
7．待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，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）开至适当开度；
（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）
（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，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。
以上几种干扰均要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系统不稳定。
加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图3所示。
图3 单容水箱液位的阶跃响应曲线
8．分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
9．分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4～8，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
五、实验结果及分析
图4 单容液位控制的响应曲线
实验刚开始时，输入设定值（SV）为7cm，采用系统刚开始的默认参数，液位波形并未有太大的响应，则说明PID参数不合适。
本次实验采用经验试凑法，经过调整最后得出比例系数（P）为10；积分时间（I）为5；微分时间（D）为0。
这时，得出良好的响应曲线，较小的超调量，较快的响应时间，短时间内达到稳定。
六、实验中遇到的问题
1．实验刚开始的时候，整个控制系统没有反应，液位响应波形也没有反应，波形如图4。
图5 错误使用实验仪器
经仔细检查及老师指导，发现了接线错误；本实验台的程序接口在A11，与实验指导书不太一样；
2．实验正常进行后，不管怎样调节参数，输出值都是维持在5cm，不管怎样调节参数都不变。
经过师兄指导，发现是水阀开关那里调节的过小了，正常情况下需要开到大概一半的样子。
3．实验正常进行，利用经验法，设定的参数以及响应曲线如图6所示。
经过分析，发现增益基本符合要求，然而超调量不太令人满意，下一步将调节积分时间。
图6 比例系数调节
4．经过参数的逐个调节，最后PID的参数定为如图4的样子，最后系统有良好的响应曲线。
5．由于实验匆忙，没有来得及加阶跃信号，实验不太完整。
下次如有有时间，再补做这一实验，望老师见谅。
七、试验总结
通过本次试验了解了单容液位控制系统的组成与结构。
学习了单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法，并且重新温习了控制论中的知识：采用P调时，控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差；采用PI 调时，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，积分控制可以是系统实现无静差的情况下保持恒速运行，实现无差调速，消除稳态误差；而采用PID调时，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
了解了调节PI参数对系统性能的影响。