1、过程控制及仪表实验报告成绩： 实验名称： 实验三 上水箱液位 PID 整定实验仿真实验：具有延时环节 PID 参数整定实验小组成员：_姓 名：_学 号：_指导老师：_ 实验日期：_ 信息工程学院自动化系过程控制及仪表实验报告一 实验名称 1、上水箱液位 PID 整定实验2、具有延时环节 PID 参数整定二 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。4） 、了解 PID 调节器的参数对具有延时环节的控制系统的性能的影响。三 实验原理PID
2、控制：具有比例加积分加微分控制规律的控制成为比例积分微分控制。传递函数：Gc（s ）=Kp+（Kp/Ti ） （1/s ）+Kp s , 其中，Kp 为比例系数， Ti为积分时间常数， 为微分时间常数，三者都是可调的参数。图 5-1 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。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上小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，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数
3、，一个单回路系统设计安装就绪之后，控PID 控制器 电动调节阀 上小水箱液位变送器+ 给定液位图 5-1、实验原理图扰动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。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。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 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
4、要参数 ，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） 。在单位阶跃作用下，P、PI 、PID 调节系统的阶跃响应分别如图 4-2 中的曲线、所示。 图 5-2、 P、PI 和 PID 调节的阶跃响应曲线 四 实验内容 与步骤（一）比例调节 控制1） 、进入实验系统选择相应的实验，如图所示：图 5-4、实验软件界面2） 、设定给定值，调整 P 参数。3） 、开启动力支路进行实验。4） 、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过
5、改变设定值实现） 。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。7） 、减小 P 重复步骤 5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。8） 、增大 P 重复步骤 5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9） 、选择合适的 P，可以得到较满意的过渡过程曲线。10） 、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。（二） 、比例积分调节器（PI）控制1） 、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置 I 参数不为 0，观察被控制量是否能回到设定值，以验证 PI 控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2） 、固定比例 P 值（中等大小） ，改变 PI 调节器的积分时
6、间常数值 Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同 Ti 值时的超调量 p。表二、不同 Ti 时的超调量 p积分时间常数Ti大 中 小超调量 p3） 、固定于某一中间值，然后改变 P 的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值 Ti 下的超调量 p。表三、不同 值下的 p比例 P 大 中 小超调量 p4） 、选择合适的 P 和 Ti 值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由 50%变为 60%）来获得。（三） 、比例积分微分调节（PID）控制1） 、在 PI 调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即
7、把软件界面上设置 D 参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI 控制下的曲线相比较，由此可看到微分D 对系统性能的影响。2） 、选择合适的 P、Ti 和 Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。五、 实验结果1、画出单容水箱液位控制系统的方块图。2、参数调整情况（系统稳定）/(%) Ti/min Td/minPPIPID（1）P 调节响应曲线：（2）PI 调节响应曲线：（3）PID 调节响应曲线：3 具有延时环节的参数整定情况开环传递函数 /(%) Ti/min Td/minPPI180()36sGsePIDMATLAB 仿真图：=响应曲线：MATLAB 仿真图：= Ti=响应曲线：MATLAB 仿真图：= Ti= Td=响应曲线：开环传递函数 /(%) Ti/min Td/minPPI1.51.678.2()405sGsePIDMATLAB 仿真图：=响应曲线：MATLAB 仿真图：= Ti=响应曲线：MATLAB 仿真图：= Ti= Td=响应曲线：六 实验总结
