单容水箱液位定值控制实验概要
自动控制实验_单容、双容水箱
单容水箱其具体原理可用下图表示：一、液位控制系统的工作原理当连杆位于电位器中点位置时，浮子电压为零，电压差为零，所以电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上，此时我们称系统达到平衡状态。
当连杆位于电位器中点位置偏上时，根据杠杆原理，箱内液面下降，此时电压差增大，使电动机工作，而控制闸门的开度，使入水量大于出水量，箱内液面逐渐升高，从而渐渐达到平衡状态。
当连杆位于电位器中点位置偏下时，根据杠杆原理，箱内液面上升，此时电压差减小，使电动机工作，而控制闸门的开度，使入水量小于出水量，箱内液面逐渐降低，从而渐渐达到平衡状态。
二、液位控制系统原理框图给定液位实际液位电位器放大器电动机减速器水池阀门门三、 自动控制系统各部分的数学模型的建立以及其传递函数在本控制系统中，我们设Q1为进水量（平衡状态下的增量），Q2为出水量，Ho 为平衡时的水面高度，H 为液面实际高度（平衡状态下的增量），C 为水箱的横截面积。
1)电位计独立工作没什么意义，我们把给定液面体现在电位器上，这就需要电位器和连杆，浮子一起工作，他们是一个整体，实际液面也通过电位器，连杆，浮子与给定电位比较，因为电位器体现的是电压的大小，而我们通过杠杆原理还有浮子，将液面高度与电压的关系联系起来，且两者的关系为正比关系，H （s ）为液面高度的拉式变化，U （s ）为电压的拉式变化，Go （s ）=Ku)(H U(S)S 。
2) 电动机的数学模型设)(t u 为输入的控制电压)(V ，i 电枢电流)(A ,M 为电机产生的主动力矩)(m N •,ω为电机轴的角速度)/(s rad ，L 为电机的电感)(H ，R 为电枢导数的电阻)(Ω，)(t e 电枢转动中产生的反电势)(V ，J 为电机和负载的转动惯量)(2m Kg *根据电路的克希霍夫定理（KVL ）：)()(t u t Ri dtdiL=++θ 整理后得：)(2122r rm m e M dt dM T K u K dt d T dt d T T +-=++θωωω式中：R LT =θ称为直流电动机的电气时间常数；m m K K JR T θ=称为直流电动机的机电时间常数；θK K 11=，θK K R K m =2为比例系数。
实验报告：单容自横水箱液位特性测试实验报告
过程控制综合实验报告实验名称：单容自衡水箱液位特性测试实验专业：班级:姓名：学号：实验方案一、实验名称：单容自衡水箱液位特性测试实验二、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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
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。
四、实验准备在所给实验设备准备好时，由实验指导书连线，检查线路之后上电，打开启动按钮，对实验对象进行液位特性测试。
通过该实验，我们最后要得到的理想结论是，通过手动控制阀门的开度来对水箱进行液位的特性测试，测试结果应该是，在给实验对象加扰动的情况下，贮蓄容器可以依靠自身重新恢复平衡的过程。
在实验之前，将储水箱中贮足水量，实验过程中选择下水箱作为被测对象，将阀门F1-1、F1-2、F1-8全开，将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度，其余阀门均关闭，进行观察实验。
（a）结构图（b）方框图一、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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备三相电源（~380V/10A）远程数据采集模拟量输出模块SA-22、SA-23（24V输入）三相磁力泵（~380V）压力变送器电动调节阀（4~20mA、~220V）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Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。
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。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告
进程控制分解试验陈述试验名称：单容液位定值控制体系专业：电气工程班级:姓名：学号：试验计划一、试验名称：单容液位定值控制体系二、试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化. 5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程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标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制（本次试验我组采取的是PI控制）.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图一.试验目标1．懂得单容液位定值控制体系的构造与构成.2．控制单容液位定值控制体系调节器参数的整定和投运办法. 3．研讨调节器相干参数的变更对体系静.动态机能的影响.4．懂得P.PI.PD和PID四种调节器分离对液位控制的感化.5．控制统一控制体系采取不合控制计划的实现进程.二.试验装备1．试验控制水箱;2．试验对象及控制屏.盘算机一台.SA-44挂件一个.PC/PPI通信电缆一根;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.电动调节阀中控制旌旗灯号（4~20mA输入,~220V输入）.S7-200PLC 中AO端口.AI2端口.三.试验道理本试验体系构造图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,试验请求中水箱的液位稳固在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位旌旗灯号作为反馈旌旗灯号,在与给定量比较后的差值经由过程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标.为了实现体系在阶跃给定和阶跃扰动感化下的无静差控制,体系的调节器应为PI或PID控制.图1 中水箱单容液位定值控制体系(a)构造图 (b)方框图四.试验内容与步调本试验选择中水箱作为被控对象.试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开至恰当开度,其余阀门均封闭.本次试验采取的是S7-200控制的办法.图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制试验接线图1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通信电缆线将S7-200PLC衔接到盘算机串口2,并按照下面的控制屏接线图衔接试验体系.将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的地位.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置于运行状况,然后运行MCGS组态情况,打开“S7-200PLC控制体系”工程,然落后入MCGS运行情况,在主菜单中点击“试验三.单容液位定值控制”,进入试验三的监控界面.4．在上位机监控界面中点击“启动内心”.将智能内心设置为“手动”,并将设定值和输出值设置为一个适合的值,此操纵可经由过程调节内心实现.5．合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,恰当增长/削减智能内心的输出量,使中水箱的液位均衡于设定值.6．依据经验法或动态特征参数法整定调节器参数,选择PI控制纪律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置.7．待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,经由过程以下几种方法加干扰：（1）突增（或突减）内心设定值的大小,使其有一个正（或负）阶跃增量的变更;（此法推举,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）开至恰当开度;（3）将下水箱进水阀F1-8开至恰当开度;（转变负载）（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,用变频器歧路以较小频率给中水箱打水.以上几种干扰均请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体系不稳固.参加干扰后,水箱的液位便分开原均衡状况,经由一段调节时光后,水箱液位稳固至新的设定值（采取后面三种干扰办法仍稳固在原设定值）,记载此时的智能内心的设定值.输出值和内心参数,液位的响应进程曲线将如图3所示.图3 单容水箱液位的阶跃响应曲线8．分离适量转变调节仪的P及I参数,反复步调7,用盘算机记载不合参数时体系的阶跃响应曲线.9．分离用P.PD.PID三种控制纪律反复步调4～8,用盘算机记载不合控制纪律下体系的阶跃响应曲线.四、试验成果剖析试验刚开端时,输入设定值（SV）为90cm,比例系数（P）.积分时光(I)均设为10,液位波形开端有近似纪律的阻尼震动响应,直至最后波形稳固,得出响应曲线.（如图4.5所示）图4 单容液位控制的系数调节图5 单容液位控制的响应曲线六.试验总结进修了单容液位定值控制体系办法,待液位稳固于给定值后,将调节器切换到“主动”控制状况,待液位均衡后,突减内心设定值为60,使其有一个负阶跃增量的变更,但因为忽视,未能将图像保管下来.因为设定值的原因,波位波形曲线趋势准确,但是阻尼震动时光过长,得到最后成果曲线所需时光较长,解释取值其实不是完善.后经由学长讲授,应将积分时光(I)设为5,如许将大大晋升试验效力.这更请求我们在做试验前可以经由过程剖析法对试验成果进行理论剖析,找到近似值,在试验时可以直接在理论值邻近进行验证,将有用进步试验效力.。
单容水箱液位控制实验报告
单容水箱液位控制实验报告单容水箱液位控制实验报告一、引言液位控制是自动化领域中一个重要的研究课题。
在许多工业领域，如化工、石油、食品等，液位的准确控制对生产过程的稳定性和安全性至关重要。
本实验旨在通过搭建一个单容水箱液位控制系统，探究液位控制的原理和方法，并验证控制系统的性能。
二、实验装置及原理1. 实验装置本实验采用的实验装置包括：单容水箱、液位传感器、控制器、执行器和数据采集系统。
2. 原理介绍液位传感器通过测量液位高度将其转换为电信号，并传输给控制器。
控制器根据接收到的信号，通过控制执行器的开关状态，调节水箱进出水的流量，以达到控制液位的目的。
数据采集系统用于记录和分析实验数据。
三、实验步骤1. 搭建实验装置首先，将液位传感器安装在水箱内部，并连接到控制器。
接下来，连接执行器和控制器，并确保所有连接线路正确无误。
最后，将数据采集系统与控制器连接，确保数据采集的准确性。
2. 系统校准在实验开始之前，对液位传感器进行校准。
校准的目的是确定液位传感器输出信号与实际液位之间的关系，以确保控制系统的准确性。
3. 进水控制实验将水箱放置在合适的位置，并将进水管道连接到水箱。
打开进水阀门，控制器开始接收液位传感器的信号，并根据设定的目标液位调节进水阀门的开关状态。
记录下实验过程中的液位变化情况。
4. 出水控制实验将出水管道连接到水箱，并打开出水阀门。
控制器根据液位传感器的信号，控制出水阀门的开关状态，以维持设定的目标液位。
同样，记录下实验过程中的液位变化情况。
四、实验结果与分析通过实验数据的记录和分析，我们可以得出如下结论：1. 进水控制实验在进水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器打开进水阀门，增加水箱内的水量；当液位高于目标液位时，控制器关闭进水阀门，减少水箱内的水量。
实验结果表明，控制系统能够有效地调节进水流量，使液位保持在目标值附近。
2. 出水控制实验在出水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器关闭出水阀门，减少水箱内的出水量；当液位高于目标液位时，控制器打开出水阀门，增加水箱内的出水量。
过程控制系统实验指导书
实验一 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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备1．实验对象及控制屏，SA-11挂件一个，SA-14挂件一个，计算机一台。
万用表一个；2. SA-12挂件一个，3. SA-44-1挂件一个4. SA-24-1 挂件一个5. SA-21 挂件一个 SA-22挂件一个 SA-23挂件一个三、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=A dtdh (2-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adt h 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。
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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件三个、SA-13挂件一个、SA-14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、以太网交换机一个、网线两根；5．SA-41A 挂件一个、CP5611专用网卡及MPI 通讯线；6．SA-44挂件一个、PC/PPI 通讯电缆一根。
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。
图2-1 单容自衡水箱特性测试系统根据动态物料平衡关系有 （a ）结构图 （b ）方框图 Q 1-Q 2=A dtdh (2-1) 将式(2-1)表示为增量形式ΔQ 1-ΔQ 2=A dth d (2-2) 式中：ΔQ1，ΔQ2，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，dt dh ＝0；当Q1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出口处的静压也随之变化，Q2也发生变化。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告
过程控制综合实验报告实验名称：单容液位定值控制系统专业：电气工程班级:姓名：学号：实验方案一、实验名称：单容液位定值控制系统二、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。
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、实验设备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。
单容液位PID控制
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。
单容水箱液位控制系统实验设计
单容水箱液位控制系统实验设计【摘要】通过对单容水箱液位控制系统特性的测试掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
【关键词】单容水箱；液位控制；数字模型1.单容水箱液位控制系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1.1被控对象被控对象由不锈钢储水箱、圆筒形有机玻璃水箱和敷塑不锈钢管路组成。
水箱：包括上水箱和储水箱。
上水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开让水直接排出。
1.2检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
1.3执行机构调节阀：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。
它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等。
水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。
泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号。
输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。
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。
单容水箱液位控制
湖南工程学院课程设计课程名称专业综合课程设计课题名称单容水箱液位控制专业班级学号姓名指导教师2014年6月23 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称专业综合课程设计课题单容水箱液位控制专业班级学生姓名学号指导老师审批任务书下达日期 2014年6月23日任务完成日期2014年7月4日目录第1章设计目的 (1)第2章系统总体设计方案 (2)2.1 液位控制的实现 (2)2.2 被控对象 (2)2.3 水箱建模 (2)第3章仪器设备 (5)3.1控制器 (5)3.2执行器 (5)3.3检测变送 (5)第4章系统结构框图与工作原理 (7)4.1课设原理说明 (7)4.2 PID控制原理 (7)第5章 MCGS组态软件设计 (9)第6章调试 (12)第7章课程总结 (13)第8章参考文献 (14)课程设计评分表 (15)第1章设计目的课程设计旨在使学生在深入消化课堂教学内容的基础上，综合应用所学课程的基本原理与方法，解决实际设计与应用问题，提高学生分析问题与解决问题的能力，并在设计工作中，学会查阅资料、系统设计、调试与分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。
1.根据自动控制系统的设计要求，学会方案比较和论证，初步掌握工程设计的基本方法；2.掌握各种变送器以及自动化仪表的工作原理和调校；3.掌握自动控制系统集成技术；4.掌握控制系统的通信技术，学会PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用；5.应用MCGS软件，学会控制算法的设计和调试；6.熟悉MCGS组态软件，学会监控界面、通信驱动程序等的设计；7.提高总结归纳、撰写设计报告的能力，应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。
第2章系统总体设计方案2.1 液位控制的实现本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。
本设计首先由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过A/D转换器进行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，再将输出值传送通过D/A转换器转换成模拟信号,控制交流变频器，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。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告之欧阳文创编
过程控制综合实验报告实验名称：单容液位定值控制系统专业：电气工程班级:姓名：学号：实验方案一、实验名称：单容液位定值控制系统二、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。
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、实验设备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。
实验报告：单容液位定值控制系统实验报告
过程控制综合实验陈述之老阳三干创作实验名称：单容液位定值控制系统专业：电气工程班级:姓名：学号：实验计划一、实验名称：单容液位定值控制系统二、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办法. 3．研究调节器相关参数的变更对系统静、动态性能的影响.4．了解P、PI、PD和PID四种调节器辨别对液位控制的作用. 5．掌握同一控制系统采取不合控制计划的实现过程.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应信号,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（本次实验我组采取的是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办法. 3．研究调节器相关参数的变更对系统静、动态性能的影响.4．了解P、PI、PD和PID四种调节器辨别对液位控制的作用. 5．掌握同一控制系统采取不合控制计划的实现过程.二、实验设备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应信号,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.图1 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步调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,其余阀门均封闭.本次实验采取的是S7-200控制的办法.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,并依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,此操纵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．按照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,通过以下几种方法加搅扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小,使其有一个正（或负）阶跃增量的变更；（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；（改动负载）（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.以上几种搅扰均要求扰动量为控制量的5％～15％,搅扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定.加入搅扰后,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（采取后面三种搅扰办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．辨别适量改动调节仪的P及I参数,重复步调7,用计算机记录不合参数时系统的阶跃响应曲线.9．辨别用P、PD、PID三种控制规律重复步调4～8,用计算机记录不合控制规律下系统的阶跃响应曲线.四、实验结果阐发实验刚开始时,输入设定值（SV）为90cm,比例系数（P）、积分时间(I)均设为10,液位波形开始有近似规律的阻尼震荡响应,直至最后波形稳定,得出相应曲线.（如图4、5所示）图4 单容液位控制的系数调节图5 单容液位控制的响应曲线六、实验总结学习了单容液位定值控制系统办法,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,突减仪表设定值为60,使其有一个负阶跃增量的变更,但由于疏忽,未能将图像保管下来.由于设定值的原因,波位波形曲线趋向正确,但是阻尼震荡时间过长,得到最后结果曲线所需时间较长,说明取值其实不是完美.后经过学长讲解,应将积分时间(I)设为5,这样将大大提升实验效率.这更要求我们在做实验前可以通过阐发法对实验结果进行理论阐发,找到近似值,在实验时可以直接在理论值邻近进行验证,将有效提高实验效率.。
课程设计-单容水箱液位控制-MCGS
综合实验报告综合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自动化学生姓名班级 学号自控成绩目录目录 (2)正文 (3)设计内容 (4)应用MCGS组态软件 (4)构建实时数据库 (8)设备窗口 (11)策略及脚本 (15)综合测试 (20)实验结果 (21)总结 (23)参考文献 (23)正文第一部分一、课题单容水箱液位定值控制系统二、设计目的课程设计旨在使学生在深入消化课堂教学内容的基础上，综合应用所学课程的基本原理与方法，解决实际设计与应用问题，提高学生分析问题与解决问题的能力，并在设计工作中，学会查阅资料、系统设计、调试与分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。
1.根据自动控制系统的设计要求，学会方案比较和论证，初步掌握工程设计的基本方法；2.掌握各种变送器以及自动化仪表的工作原理和调校；3.掌握自动控制系统集成技术；4.掌握控制系统的通信技术，学会PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用；5.应用MCGS软件，学会控制算法的设计和调试；6.熟悉MCGS组态软件，学会监控界面、通信驱动程序等的设计；7.提高总结归纳、撰写设计报告的能力，应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。
三、课设设备TH PCAT-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），双容水箱；AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，PCL通讯线一根）四、课设所需软件MCGS组态软件五、设计内容5.1课设原理说明单容水箱液位定值控制系统如下：图2—1 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所示。
被控量为左上水箱（也可采用右上水箱或者下水箱）的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的左上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气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。
水箱液位控制02
实验二水箱液位定值控制系统一、实验目的1．了解单闭环液位控制系统的结构与原理；2．了解单闭环液位控制系统调节器的参数整定方法；3．研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。
二、实验设备及安全注意事项1．实验设备：1）THJ-2高级过程控制系统；2）计算机，MCGS组态软件等；2．安全注意事项：1）用电安全；2）爱护仪器设备；三、实验原理1 ) 常规控制器1．比例控制器控制器是控制系统的心脏。
它的作用是将测量变送信号与设定值相比较产生偏差信号，并按一定的运算规律产生输出信号。
控制器的输出一般送到控制阀。
比例控制器的输出与偏差成比例：U ( t ) = Kc e (t) + U。
式中，U ( t )为控制器输出信号；e (t)为设定值与测量变送信号之差，Kc为控制器增益；U。
为当偏差e (t)为零时的输出信号值，它反映了比例控制的工作点。
几乎所有的工业用控制器，不用Kc而用比例度PB来进行刻度：PB = 100 / Kc ;Gc ( s) = Kc ；或Gc( jω) = Kc ；显然比例控制器的振幅比(AR)和相角(φ)都是恒定的，分别为Kc和0°。
用比例控制时，Kc大小对受控变量过渡过程的影响较为明显。
随着Kc的变化、过渡稳定程度与控制精度(在表中体现为最大偏差和余差) 的矛盾。
Kc 增加能使控制精度提高，但使稳定程度变差。
Kc 参数的整定，就是对这两项指标在作权衡。
◆ 设被控变量最终稳态值是C ，超出其最终稳态值的最大瞬态偏差为B 。
设定值和扰动作用阶跃变化时过渡过程的典型曲线率、上升时间和峰值时间等。
① 衰减比衰减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。
它等于曲线中前后两个相邻波峰值之比，即：n = B / B ’衰减比n>1，过渡过程是衰减振荡，n 越大，衰减越大，系统越接近非周期过程。
为保持足够的稳定裕度，衰减比一般取 (4 ：1)～(10 ：1)，这样，大约经过两个周期，系统趋于新的稳态值。
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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。