单容液位PID控制
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。
单容水箱液位定值PID数字控制系统
制 ，输 出的信号通 过Ｄ Ａ 换器和保持器后输 出Ｐ Ｍ ／转 Ｗ 信
号，用所 产生 的Ｐ Ｍ Ｗ 控制驱动 电机的转速进 而控制微 型水泵来控制水流量的大小 。这 样实现对 单容 水箱液 位 的定值控制。
先进 的控制技术 ，即当被控对象的结构和参数不 能完 全 掌握 ，或得不到精确的数学模型时 ，控 制理论 的其
、
ＰＤ数 字控 制 系统 对水箱水 位的控 制 Ｉ
（ 控制流程 图 一）
“
．
｛蛐
｝
｝
小 ；液 位 ｈ 的变 化 反 映 了 由 于 ｑ与 ｑ不 相 等 而 引起 的
液位在单容 水箱 内的积 累 。设 ｈ 为被控 量 ，ｑ为输 入 ｌ
量，ｑ为扰动量，构成单输入有扰动 的系统 。 。 单容水箱液位控制结构图见 图３ ：
这 是累计流量的关系式。
系统研究更关心 的是在某平衡 状态下的增量式 ， 设各个参数分别为ｑ。 。 。 、ｑ。 ，则增量为 ： 、ｈ
△ ｌ ｑ —ｑ 。 ｇ ｌ ｌ
ｄｉ ｐｖ， ＳＶ， ｅｉ， ｅｘ， ｅｙ， Ｋ， Ｔｉ， Ｔｄ， ｑ ｍ Ｏ，
ｑ ，ｑ ，ｏ ，ｈ ｌ ２ ｐ
传统 的水箱液位控制多采用包含手动控制方式的
单回路控制， 同时采用 传统 的指针式机械仪表来显示 液位的当前值 ，如浮子式、磁 电式 、接近开关式 、电 容式 、声波式等 。而２ 世纪发展 中的Ｐ Ｄ １ Ｉ 控制 是～项
机 中用Ｖ Ｓ ｒ ｐ 编程 ，所采集 的信 号通过数字Ｐ Ｄ Ｂ ｃ ｉｔ Ｉ 控
— —
：
Ｏ
（ ） ４
Ｔ Ｒ Ｃ ”液位ｈ ％ ”，ｈ ＴＡＥ ＝ｆ ｓ＝Ｏ ｖ ｌ 水箱液位 的控制高度 ，单位ｃ ｍ
单容量水箱液位pid控制实验报告
单容量水箱液位pid控制实验报告一、实验目的本实验旨在通过单容量水箱液位pid控制实验，掌握PID控制器的基本原理及其在工程中的应用，熟悉液位传感器的使用方法，了解单容量水箱液位pid控制系统的组成和工作原理。
二、实验原理1. PID控制器PID控制器是一种用于工业过程自动化控制的常见算法。
PID是Proportional-Integral-Derivative（比例-积分-微分）三个英文单词的缩写。
PID算法通过对过程变量进行采样和比较，计算出误差，并根据误差大小进行调整。
其中比例项P、积分项I和微分项D分别代表了对过程变量偏差大小、偏差持续时间以及偏差变化率的反馈调整。
2. 液位传感器液位传感器是一种用于测量液体或固体物料高度或深度的设备。
常见的液位传感器有浮球式、压力式、电容式等多种类型。
本实验中采用电容式液位传感器进行测量。
3. 单容量水箱液位pid控制系统单容量水箱液位pid控制系统由水箱、液位传感器、PID控制器和执行机构（如电磁阀）组成。
系统的工作原理是：液位传感器采集水箱内的液位信号，将其转换为电信号并传输给PID控制器；PID控制器通过比较设定值和实际值之间的误差，输出相应的控制信号给执行机构，使其调节水箱内的水流量，从而维持水箱液位稳定在设定值。
三、实验步骤1. 搭建实验装置将单容量水箱与电磁阀、电容式液位传感器等连接起来，组成完整的单容量水箱液位pid控制系统。
2. 设置PID参数根据实际情况，设置合适的PID参数。
其中比例系数Kp、积分系数Ki 和微分系数Kd需要进行适当调整以达到最佳效果。
3. 进行实验测试将设定值设置为一定值，并记录下当前的反馈值。
根据反馈值计算出误差，并通过PID控制器输出相应的调节信号给执行机构。
随着时间的推移，观察液位是否能够稳定在设定值附近。
4. 调整PID参数如果发现液位不能够稳定地保持在设定值附近，需要对PID参数进行适当调整。
可以通过增大或减小比例系数、积分系数和微分系数来调整系统的响应速度和稳定性。
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。
fx5u pid控制案例
FX5U PLC在PID控制方面的应用非常广泛，以下是一个基本的PID控制案例：案例：水箱液位PID控制一、系统描述此案例为一个单容水箱液位控制系统，其目标是通过PID控制算法来维持水箱内的液位在设定值。
当液位低于设定值时，PID控制器将增加进水阀的开度，以增加进水量；当液位高于设定值时，PID控制器将减小进水阀的开度，以减少进水量。
二、硬件配置FX5U PLC：作为主控制器，负责接收液位传感器的信号，并根据PID算法计算结果控制进水阀的开度。
液位传感器：采用模拟量输出型液位传感器，其输出信号为4-20mA，对应液位的0-100%。
进水阀：采用电动调节阀，其开度可通过PLC输出的模拟量信号进行控制。
三、软件编程PLC程序需要首先读取液位传感器的模拟量输入信号，并将其转换为实际的液位值。
由于FX5U的PLC本体模拟量输入是电压类型，所以需要通过外部电路将传感器的4-20mA电流信号转换为0-10V的电压信号，然后再通过PLC的A/D转换功能将其转换为数字量。
在获取到实际的液位值后，PLC程序需要将其与设定值进行比较，并根据偏差值计算出PID 控制器的输出。
FX5U PLC内置了PID控制功能块，可以直接调用进行PID计算。
PLC程序最后将PID控制器的输出转换为电动调节阀的开度控制信号，通过PLC的D/A转换功能将其转换为模拟量电压信号输出给电动调节阀。
四、调试与优化在系统投入运行前，需要对PID控制器的参数进行调试与优化。
一般来说，PID控制器的参数包括比例增益、积分时间和微分时间三个部分。
这三个参数的设置需要根据系统的实际情况进行调整，以达到最佳的控制效果。
在调试过程中，可以先将积分时间和微分时间设为0，只调整比例增益，使系统达到基本的稳定状态；然后再逐步增加积分时间和微分时间，以改善系统的动态性能。
在调整参数时，需要注意观察系统的响应情况，避免出现超调或振荡等不稳定现象。
320实验一、单容水箱液位(DCS)PID整定实验
实验一、基于DCS的液位控制系统的实验一、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AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。
三、实验原理图2-15为单回路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SUPCON JX-300X DCS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图2-16中的曲线①、②、③所示。
单容下水箱液位PID变频器控制
5、流量变频器 PID 单回路控制
6、压力调节阀 PID 单回路控制
7、压力变频器 PID 单回路控制
8、锅炉动态水温度 PID 单回路控制
9、换热器冷水出口温度调节阀 PID 单回路控制
二、课程设计内容
1、通过查阅资料掌握所选课题的原理、结构、并根据任务书用 CAD 设计 1 套过程控制系统
图纸,包括:自控设备清单、控制流程图、控制原理图、PLC 系统硬件配置图、I/O 地址分
（2） 摘要，关键词（中英文）目录
（3） 根据要求确定方案选择，并进行方案论证
（4） 论述系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）
（5） 各模块的功能，原理，器件选择。
（6） 编写梯形图并进行程序设计和调试。
（7） 结果分析
（8） 对设计进行全面总结，写出课程设计报告。
（9） 附录---参考文献
（10）
五、课程设计考核办法与成绩评定
根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵
分值
设计过程 考勤、自行设计、按进度完成任务等情况
20 分
设计报告 完成设计任务、报告规范性等情况
50 分
答 辩 回答问题情况
30 分
90～100 分：优；80～89 分：良；70～79 分：中；60～69 分，及格；60 分以下：不及格
电气与电子信息工程学院
过程控制课程设计报告
专业名称： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计时间： 设计地点：
1
过程控制课程设计任务书 ................................................................................................................. 1 一、单容下水箱液位变频器 PID 控制 ............................................................................................3
单容水箱液位pid控制系统实验报告
单容水箱液位pid控制系统实验报告一、实验目的本实验旨在设计并实现一个单容水箱液位PID控制系统，通过对水箱液位的测量和控制，达到稳定控制水箱液位的目的。
二、实验原理1. 液位测量原理：利用浮球开关检测水箱内部液位高度，并将其转换为电信号输出。
2. PID控制原理：PID控制器是一种经典的控制算法，它根据当前误差、误差变化率和误差积分值来计算输出信号，从而调节被控对象的状态。
三、实验步骤1. 设计电路：根据所需控制系统的功能要求，设计出相应的电路图。
本实验采用Arduino开发板作为主要控制器，通过连接电路板上的传感器和执行器来完成液位测量和PID调节功能。
2. 编写程序：在Arduino开发环境中编写程序代码。
首先需要进行传感器数据采集和处理，然后根据PID算法计算出输出信号，并将其发送到执行器上进行调节。
3. 调试系统：在完成硬件连接和程序编写后，需要对系统进行调试。
首先进行传感器测试，确保能够准确地检测到液位高度，并将其转换为电信号输出。
然后进行PID算法测试，通过手动调节控制器的参数，观察系统的响应情况，并逐步优化控制器的参数。
4. 实验结果：通过实验验证，本设计的单容水箱液位PID控制系统能够准确地检测到水箱内部液位高度，并能够根据设定值进行自动调节。
在实验过程中，我们不断优化控制器的参数，最终实现了稳定控制水箱液位的目标。
四、实验总结本实验通过设计和实现单容水箱液位PID控制系统，深入了解了传感器数据采集、PID算法计算和执行器控制等相关知识。
在实验过程中，我们遇到了很多问题，但通过不断尝试和优化，最终成功完成了任务。
这次实验对我们的学习和提高有很大帮助，在今后的学习和工作中也将会有所裨益。
单容下水箱液位调节阀PID控制
西安郵電大学PLC课程设计报告书题目：单容下水箱液位调节阀PID控制院(系)名称：自动化学院1号:郭丽丽 9号:朱雅学生姓名：29号:宋党朋专业名称：测控技术与仪器班级：测控1003班2013 年 09 月 09 日至时间：2013 年 09 月22 日单容下水箱液位调节阀PID 单回路控制1.无原理图框；2．无程序流程图；3.两组报告完全一样；一、艺过程(1）单容下水箱液位 PID 控制流程图，如图1所示图 1 控制流程图水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由调节阀FV-101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT-103测得，用调节手阀QV-116 的开启程度来模拟负载的大小。
本例为定值自动调节系统，FV-101为操纵变量，LT-103为被控变量，采用PID调节来完成。
二、上位组态组态流程图界面，如图2所示图 2 组态流程图三、操作过程和调试1）在现场系统上，打开手阀QV102、QV105，调节下水箱闸板QV116开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。
2）在控制系统上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO 面板的电动调节阀控制端连到AO0。
3）启动计算机组态软件，进入测试项目界面。
启动调节器，设置各项参数，将调节器切换到自动控制。
4）设置比例参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号(一般可通过改变设定值实现)，选择合适的P，得到较满意的过渡过程曲线。
5）固定比例P值，改变PI调节器的积分时间Ti，对系统加扰动信号选择合适的I，得到较满意的响应曲线。
6）固定I于某一中间值，微调P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，得到满意的响应曲线。
7）在PI调节器控制的基础上，再引入适量的微分作用（设置D 参数），得到满意的响应曲线。
四．测试结果及分析1）选择合适的P值，响应曲线图如图3、图4所示P=22，I=∞,D=0P=20，I=∞,D=0图 3 P 值不同的组态图 4 P 值不同的组态分析：根据图3.4、3.5可知，P=20、P=22与P=24的响应曲线相比较，峰值时间）（）（）（202224t t t pp p ===P P P ，即t p 越小，响应速度越快；但P=24的响应曲线有振荡的趋势。
单容水箱液位控制系统的PID算法学习资料
单容水箱液位控制系统的P I D算法自动控制原理课程设计报告单容水箱液位控制系统的PID算法摘要随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，水箱液位系统是过程控制中一种典型的控制对象，提高液位控制系统的性能十分重要。
本文针对理想的单容水箱液位系统，将包括单容水箱、电动机等在内的部分分别建立数学模型，并加入常规PID对系统性能进行调节。
但由于实际单容水箱液位系统具有时滞性和非线性，实际生产中若要对其建立精确的数学模型比较困难。
因此，将模糊控制的方法引用到对单容水箱液位系统的PID控制中，通过Simulink仿真验证了算法的有效性。
结果表明，和常规PID控制相比，模糊PID控制具有良好的动静态品质。
关键词单容水箱液位; PID控制; MATLAB; Simulink; 模糊控制.PID control method in water level system of single-tankABSTRACT With the development of technology, the control precision is more and more important. And the water level system of single-tank is a typical control target in process control. The article mainly deals with the water level system of single-tank. It establishes mathematics model for every part of the system, and uses the traditional PID to improve the function . But in actual industry，it’s hard to establishes precise mathematics model. So, it introduces fuzzy PID control in this system. The result suggests that fuzzy PID control is more suitable than the traditional one.KEY WORDS the water level of single-tank; PID control; MA TLAB ; Simulink; fuzzy control.在工业过程控制中，被控量通常有：液位、压力、流量和温度。
S7_200单容液位调节阀PID控制实训指导书.docx
基于S7-200PLC控制系统的单容液位调节阀PID单回路控制1・单容液位控制系统组成单容下水箱液位PID控制流程图如图1所示:QV-105SII>S图1单容卜•水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表1所示。
表1单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单水介质由泵P102从水箱VI04'|'加压获得压力，经由调节阀FVI01进入水箱V103,通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位III LT103测得，用调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的人小。
木例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，釆用PID调节來完成。
2.变量名编辑需要在符号表小建立的变量如表2所示。
表2 变量表3. PLC 程序3. 1主程序主程序包括三个网络，如图2所示。
冋络21,PID 0,（L PID阿络 3 Network Title调用子程序溜PID 的计算结果送输出主程序调用三个子程序，SM0.0是一直闭合的，它只在每次扫描吋调用子程 序。
网络一：调用输入子程序SBR0,采集PV 信号，同时设定SP 值，转换相应的 工程量。
网络二 调用一次了程序SBR1,初始化PID 参数，同时使能定时中断0,调 用定时中断程序0,进行PID 计算。
网络三：调用输出子程序SBR2,判断手自动，工程量转换后将结果输击到AQWOo3. 2子程序3. 2. 1 SBRO：网络一，子程序0采集PV值，转换为标准工程量同时将PV值转到0・100之间送VD100存储，以便组态软件观察，如图3所示。
网络二，将组态软件的设定值SP转换为标准0JZ间的数，方便PID计算。
VD304作为一个中间变量设定值，范围是0-100,它是为了在组态界面中方便设置而增加的一个量，在中断程序中会被转换到一个0・1的标准值。
如图4所示。
图4 SBR 0网络23. 2・ 2 SBR1：了程序1,主要是参数设置初始化。
pid液位控制工作原理
pid液位控制工作原理
PID液位控制是一种常见的反馈控制方法，它通过测量液位信号与设定值之间的差异，并根据该差异来调节液位控制阀的开度，从而使液位保持在设定值附近。
工作原理如下：
1. 测量：使用液位传感器或者其他类型的液位测量装置对液位进行实时测量，得到一个液位信号。
该信号通常是一个模拟电压值或数字信号。
2. 比较：将液位信号与设定值进行比较，得到一个偏差。
偏差是液位与设定值之间的差异，可以是正值（液位过高）或负值（液位过低）。
3. 控制：利用PID控制算法进行控制计算，PID算法根据偏差的大小和变化率计算出一个控制量，用于调节液位控制阀的开度。
PID算法一般由三个部分组成：
- 比例控制（P）：将偏差乘以一个比例系数，得到一个输出量，该输出量与偏差成正比。
比例控制用于对应偏差的大小。
- 积分控制（I）：将偏差累积到一个积分器中，得到一个积分量，该积分量与偏差的积分成正比。
积分控制用于对应偏差的持续性。
- 微分控制（D）：将偏差的变化率乘以一个微分系数，得到一个微分量，该微分量与偏差的变化率成正比。
微分控制用于对应偏差的变化速率。
4. 输出：将PID算法计算得到的控制量作为信号传递给液位
控制阀，调节阀的开度，进而改变流体流入或流出的速率。
通过不断地调节阀的开度，使液位逐渐接近设定值，并最终稳定在设定值附近。
5. 反馈：循环反馈，重新测量液位并重新计算偏差，以实现对液位的持续控制。
通过不断地测量、比较和调节，PID液位控制可以实现对液位的精确控制和稳定维持。
PID液位控制
PID控制单容水箱液位及其相关阶跃响应曲线（计控092 陈帆指导老师王勇）摘要：在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。
因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。
可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑控制。
PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。
本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC 控制、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。
作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，控制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器，调节阀为电动调节阀。
选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
关键词：液位控制； PID控制；单容水箱正文：液位控制是工业中常见的过程控制．它对生产的影响不容忽视。
单容液位控制系统具有非线性、滞后、耦合等特征．能够很好地模拟工业过程特征，多年以来，在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的自动控制器。
它具有原理简单、易于实现、鲁棒性强和使用面广等优点。
1.1PID的简介1.1.1PID控制器的应用与发展在过去的几十年里，PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。
在控制理论和技术飞速发展的今天，工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构，并且许多高级控制都是以PID控制为基础的。
单容水箱pid控制实验报告
单容水箱pid控制实验报告单容水箱PID控制实验报告摘要：本实验通过对单容水箱的PID控制实验，验证了PID控制器在水箱水位控制中的有效性。
实验结果表明，PID控制器能够快速、稳定地控制水箱水位，实现了良好的控制效果。
引言PID控制器是一种常用的控制器，它通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分的组合来实现对控制对象的精确控制。
在工业控制中，PID控制器广泛应用于温度、压力、流量等各种控制系统中。
本实验旨在通过对单容水箱的PID控制实验，验证PID控制器在水位控制中的有效性。
实验目的1. 验证PID控制器在水箱水位控制中的有效性；2. 掌握PID控制器的调参方法；3. 分析PID控制器对水箱水位控制的影响。
实验装置与原理实验装置包括单容水箱、水泵、PID控制器、传感器等。
实验原理是通过PID控制器对水泵进行控制，使得水箱内的水位能够稳定在设定值附近。
实验步骤1. 将水箱连接至水泵，并设置好PID控制器的参数；2. 打开水泵，使水箱内的水位上升；3. 观察PID控制器对水泵的控制过程，并记录水位的变化；4. 调整PID控制器的参数，观察水位控制效果。
实验结果与分析通过实验，我们观察到PID控制器能够快速、稳定地控制水箱水位。
当水位偏离设定值时，PID控制器能够及时调整水泵的工作状态，使得水位能够迅速回到设定值附近。
此外，通过调整PID控制器的参数，我们发现不同的参数组合会对水位控制产生不同的影响，因此在实际应用中需要根据具体情况进行合理的参数调整。
结论本实验通过对单容水箱的PID控制实验，验证了PID控制器在水位控制中的有效性。
实验结果表明，PID控制器能够快速、稳定地控制水箱水位，实现了良好的控制效果。
因此，在实际工程中，PID控制器是一种有效的控制方式，能够满足对水位、温度、压力等各种控制对象的要求。
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单容水箱液位定值控制实验
（一）实验目的和要求
1、熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，研究控制器参数对控制效果的影响；
2、使用P、PI和PID等控制规律进行单容水箱的液位定值控制；
3、分析控制过程中的过渡过程曲线并考察控制参数的影响；
4、运用临界比例度法进行控制器参数的工程整定，以得到理想控制曲线。
（二）工作原理
1、控制系统结构
扰动
上水箱
电动调节阀
DDC系统
给定值+
-
液位
压力变送器
图1 简单控制系统方框图
图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，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图2中的曲线①、②、③所示。
图 2 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
影响控制系统控制质量的因素有很多，除了被控对象的性质之外，自动化装置能否根据
对象特性加以选择和调整，控制参数是否合适，也直接影响着控制质量的好坏。
因此，本实验旨在通过对化工四大参数的控制，研究和掌握自动化装置以及控制规律与控制参数等对控制系统控制质量的影响趋势，从而获得理想的控制质量。
三、实验仪器及设备
A3000过程控制系统是模拟实际工业控制过程的高级实验装置，整个系统可以分作现场系统和控制系统两部分。
现场系统又由被控对象系统和测量变送系统构成，前者包括一个储水槽、三个水箱、两个水泵、一个带有大功率加热管的锅炉、一个工业用板式换热器、一段调整滞后时间用的滞后管和硬件联锁保护等，后者包括5个温度传感器、1个液位传感器、1个压力传感器、2个涡轮流量计、1个电动控制阀、2个电磁阀、2个液位开关等传感器和执行器。
控制系统由2个百特智能控制器、3个Adam DDC控制模块，以及多个显示仪表构成，详细见下图。
由此可见，该控制系统集成了测量变送、显示仪表、控制器、执行器以及计算机控制系统等各个环节，实验功能较为齐全。
图3 工艺流程图
控制逻辑如图4所示，水流入量Q i通过改变控制阀FV101的开度加以控制（也可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制），流出量Q o则由用户通过负载阀R来改变，被控变量为水位H。
在实验过程中，分别采用P、PI、PID等不同的控制策略，通过观察过渡过程的控制曲线来比较选择不同的P、I、D参数值时的控制效果。
图2操作页面
（四）实验内容
1、系统连接与启动
（1）工艺设置，分别控制上水箱和下水箱的液位。
（2）打开A3000电源，在A3000-FS上启动右边水泵和调节阀。
（3）启动A3000-CS计算机组态软件，进入实验系统选择相应的实验；启动控制器，设置各项参数，可将控制器的手动控制切换到自动控制。
2、比例控制
（1）设置P参数，I参数设置到最大，D=0，观察计算机显示屏上的控制曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始施加干扰，进入实验。
（2）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，并记录图形及余差大小。
（3）减小P重复步骤1-2，观察过渡过程曲线，并记录图形及余差大小。
（4）增大P重复步骤1-2，观察过渡过程曲线，并记录图形及余差大小。
（5）选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。
改变设定值(如设定值由50％变为60％)，同样可以得到一条过渡过程曲线。
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。
3、PI控制
（1）在比例控制实验的基础上，加入积分作用，即把“I”(积分参数)由最大处设定到中间某一个值，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控制器的积分时间常数值T i，然后观察加阶跃
扰动后被调量的输出波形，并记录不同T i 值时的超调量σp 。
（3）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T i 下的超调量σ
p 。
（4）选择合适的P 和T i 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。
4、PID 控制
（1）在PI 控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即设置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 、T i 和T d ，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线(阶跃输
入可由给定值从50%突变至60%来实现)。
（3）在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。
5、控制参数的工程整定（临界比例度法）
(1) 在现实应用中，PID 控制器的参数常用实验的方法来确定。
其中，用临界比例度法
去整定PID 控制器的参数既方便又实用。
首先要在单纯的比例控制规律下，在推荐的范围内初步选定一个初始比例度；
(2) 待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度δ(即1/P)，并且每当减小一次比例度δ，
待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。
若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。
如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度控制得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。
图4. 具有周期T K 的等幅振荡
(3) 当被调量作等幅振荡时，如图4所示，此时的比例度δ就是临界比例度，用δk 表
示之，相应的振荡周期就是临界周期T k 。
据此，按下表可确定PID 控制器的三个参数δ、T i 和T d 。
表4. 用临界比例度δk整定PID控制器的参数
(4)必须指出，表格中给出的参数值是对控制器参数的一个初略设计，因为它是根据
大量实验而得出的结论。
若要获得更满意的动态过程(例如在阶跃作用下，被调参
量作4：1地衰减振荡)，则要在表格给出参数的基础上，对δ、Ti(或T d)作适当的
调整。
6、实验结束
五、实验报告内容
1、通过抓图方法，提交获得的曲线。
2、根据曲线，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趋势特征。
3、给出各个控制条件下的超调量，余差，以及控制稳定所需要的时间。
4、根据这些数据，分析P、I、D各参数对控制系统的影响。
5、对本实验的改进意见。