上水箱液位简单PID控制实验

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。

基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计

基于PID的上水箱液位控制系统设计过程控制系统课程设计基于PID的上水箱液位控制系统设计一、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20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；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；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.20074.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（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：基于PID的上水箱液位控制系统设计目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

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。

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/=,Ti=×60=），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。

a3000实验水箱液位调节阀之PID篇

单容水箱液位控制系统的实验一、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。

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。

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。

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。

上水箱液位 PID 整定实验实验报告

《控制工程实验》实验报告实验题目：上水箱液位 PID 整定实验课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期： 2019.04.12实验一上水箱液位 PID 整定实验一、实验目的1．了解单容液位定值控制的结构与组成。

2．掌握单容液位定值控制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．掌握控制系统的实现过程。

二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1台3. CP5621专用网卡及MPI通讯线各1个三、实验原理本实验系统结构图和方框图如图1所示。

被控量为上水箱（也可采用中水箱或下水箱）的液位高度，实验要求上水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器 LT1 检测到的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电动调节阀的开度，以达到控制上水箱液位的目的。

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 上水箱单容液位定值控制(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择上水箱作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门 F1-1、F1-6、F1-10、F1-11 全开，将中水箱出水阀门 F1-9 开至适当开度（50%左右），其余阀门均关闭。

1．用 MPI 通讯电缆线将 S7-300PLC 连接到计算机 CP5621 专用网卡，并按照控制柜接线图连接实验系统。

2．接通总电源空气开关，合上单相，打开钥匙开关，给系统上电，将相应旋钮开关打至开，给 S7-300PLC 及电动调节阀上电。

3．打开 Step 7 软件，并打开“S7-300PLC”程序进行下载，然后将S7-300PLC 置于运行状态，然后运行 WinCC 组态环境，打开“S7-300PLC 控制系统”工程，然后进入 WinCC 运行环境，在主菜单中点击“实验三、上水箱液位 PID 整定实验”，进入实验三的监控界面。

【豆丁精选】上水箱液位控制系统操作

图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

任务一一阶单容上水箱对象特性测试
h1( t ) h1(∞ )
0.63h 1(∞ )
0
T
任务一一阶单容上水箱对象特性测试
四、操作步骤
对象的连接和检查： (1)关闭阀23,将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。 (2)打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀7，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。 (3)打开上水箱的出水阀：阀9至适当开度。实验步骤 (1)打开控制柜中丹麦泵、电动调节阀的电源开关。 (2)启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。 (3)用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“MV”栏中设定电动调节阀一个适当开度。（此实验必须在手动状态下进行）
任务一一阶单容上水箱对象特性测试任务二上水箱液位PID整定操作
任务一一阶单容上水箱对象特性测试
三、任务分析
1、系统结构图
丹麦泵
电动调节阀 V1
Q1
DCS控制系统手动输出 h
V2 Q2
任务一一阶单容上水箱对象特性测试
2、单容水箱特性
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
任务一一阶单容上水箱对象特性测试
五、技能提高 ——操作
1、分小组操作 2、小组汇报
六、总结

双容水箱液位定值控制系统实验报告

双容水箱液位定值控制系统实验报告实验目的：通过搭建双容水箱液位定值控制系统，了解液位控制的基本原理和方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。

实验器材：1.液位控制综合实验台2.电子积分器PID控制器3.水泵4.液位传感器5.两个水箱6.电压表和电流表实验步骤：1.将两个水箱放在实验台上，一个用作上升水箱，一个用作下降水箱。

2.将水泵安装在上升水箱中，并通过输水管连接两个水箱。

3.将液位传感器安装在上升水箱和下降水箱中，并将其连接到电子积分器PID控制器。

4.将电子积分器PID控制器连接到电源，并连接电压表和电流表来监测相应的电压和电流。

5.打开水源，使用电子积分器PID控制器调节水泵的运行方式和水泵的转速。

6.观察液位传感器的反馈信号，并根据反馈信号调整PID控制器的参数，使得液位保持在设定值附近。

7.记录不同设定值下液位的控制效果，并分析数据。

8.关闭水源，停止实验。

实验结果：根据实验数据，可以观察到双容水箱液位控制系统的控制效果。

当设定值改变时，PID控制器能够调整水泵的运行方式和水泵的转速，以使得液位保持在设定值附近。

实验结果表明，在合适的PID控制器参数设置下，液位的稳定性和控制精度较高。

实验分析：在双容水箱液位定值控制系统中，PID控制器起到了关键作用。

P项（比例项）根据液位的偏差来调节水泵的转速，I项（积分项）根据液位的积累偏差来调整水泵的运行方式，D项（微分项）根据液位的变化速度来预测液位的变化趋势。

通过PID控制器的联合作用，可以实现对液位的稳定控制。

从实验结果分析可以看出，PID控制器的参数设置非常重要。

当P参数过大或过小时，会导致液位振荡或调节速度缓慢；当I参数过大或过小时，会导致液位超调或稳态误差；当D参数过大时，系统可能产生过冲。

因此，需要根据具体的系统要求和实验条件来合理设置PID控制器的参数。

结论：通过搭建双容水箱液位定值控制系统，并对其进行实验研究，我们可以了解液位控制的基本原理和方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。

上水箱液位简单PID控制实验

实验二上水箱液位简单PID 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.实验原理图3-1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。

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，PID 控制器电动调节阀上小水箱液位变送器+ ─给定液位图3-1、实验原理图扰动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）。

在单位阶跃作用下，P、PI、PID 调节系统的阶跃响应分别如图3-2中的曲线①、②、③所示。

图3-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线三.实验设备AE2000A型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、万用表一只四.实验内容和步骤1、设备的连接和检查：1)将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

上水箱液位PID整定实验

上水箱液位PID整定实验一、实验目的1.了解PID控制器的工作原理。

2.学习如何进行PID控制器的整定。

3.掌握调节器输出动作的基本知识。

4.了解水箱液位控制系统的结构和原理。

二、实验原理PID控制属于比例、积分、微分三个控制算法的组合，即P、I、D控制。

通过对输入信号进行调整，使输出信号在偏差与时间的积分、微分和比例系数的调整下，稳定地跟随被控量的变化，并使被控量得以稳定地达到设定值。

PID控制的算法中，P一般是比例控制，I和D则是积分控制和微分控制。

P控制比较简单，是通过比例增大或减小累计偏差来控制输出，使其更快地逼近设定值。

而I控制则是根据累计偏差来调节输出，以达到逼近设定值的效果。

D控制则是基于偏差的微分来调节输出，以保证控制系统尽快地达到稳态。

2. 液位控制系统原理在工业、农业等领域，水箱液位控制系统是很重要的一个组成部分。

水箱液位控制系统的基本构成部分包括水箱、液位传感器、液位控制器和执行器。

当水箱的液位高于或低于设定的液位阈值的时候，液位控制器会自动调节执行器的开启和关闭，以维持水箱中的水位不变。

三、实验步骤1. 实验器材准备电源、PID控制器、直流风扇、水箱、水泵、液位传感器。

首先，将PID控制器的输出全部关闭。

接着将控制器设定至手动模式，并设置比例系数Kp值为0、积分系数Ki值为0、微分系数Kd值为0。

然后，还需将PID控制器的上下限设置至5V。

接下来，按照以下步骤进行PID整定：1. 设置环节：将PID控制器的输出调至手动模式，然后将Kp和Kd系数设定为0，Ki系数设定为较大的值，然后设定积分时间常数Ti。

2. 调整输出：将水泵的初始速度调整至较高的水平，然后开始设置PID控制器的输出范围，逐步降低水泵的速度，直至PID控制器的输出达到上限。

现在，可以手动调整输出以达到所需的液位目标。

接下来，将PID控制器的输出恢复至自动模式。

4. 更新参数：将最终的Kp、Kd和Ki值输入PID控制器，并更新参数。

上、中水箱液位串级PID控制实验

上、中水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备AE2000型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。

三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。

控制框图如图9-1所示：图9-1上水箱下水箱液位串级控制框图四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查1).打开以丹麦泵为动力的支路至上水箱的所有阀门，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。

2).打开上水箱出水阀和中水箱的出水阀开至适当的开度。

3).检查电源开关是否关闭2、系统连线图图9-2实验接线图1).将上水箱液位信号接至8017的AI0通道，将中水箱液位信号接至8017的AO0通道。

2).将8024的AO1通道接至气动调节阀的控制信号输入端。

3).电源控制板上的三相电源空气开关、丹麦泵电源开关打在关的位置。

3、启动实验装置：1).打开电源带漏电保护空气开关。

打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。

打开单相泵电源。

2).启动计算机DDC组态软件，进入实验系统相应的实验3).建立工作点将副回路的PID控制器设成手动单击实验界面中的副回路PID控制器标签打开副回路PID控制器界面，然后单击副回路PID控制器的“手动”按钮a、设定工作点单击副回路PID控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值c、进行对象动态特性测试（参见已做过的实验）给MV一个阶跃，将1号和3号水箱的液位变化数据记录在表1中：根据实验数据用两点法建立3号和1号水箱的传递函数，作为PID初始参数计算的依据。

4)调节串级的后级a、设置PID参数根据对象特性，查表计算PID初始参数，P＝I＝D＝，并将参数输入到控制器中，并进行微调，使内回路控制效果达到最佳。

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。

一阶单容上水箱的特性测试及PID参数整定实验报告-重

控制专业实验二—单容上水箱的特性测试及PID参数整定成绩________单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：负责项目：时间：2014年5月1日一、实验目的1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

3）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

4）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

5）、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、MCGS程序运行环境、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。

三、实验原理1）、对象特性测试对象数学模型的建立通常采用两种方法。

一种是分析法，即根据过程的机理，物料或能量平衡关系求得它的数学模型；另一种是用实验的方法确定。

本装置采用实验方法通过被控对象对阶跃信号的响应来确定它的参数及数学模型。

由于此方法较简单，因而在过程控制中得到了广泛地应用。

图3-1 单容自衡水箱特性测试系统（a）结构图（b）方框图如图3-1.阀门F1-1、F1-3和F1-6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F1-10的开度可以改变Q2。

液位h 的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。

根据平衡时和动态时的进出水量关系，可得：平衡时：12()()0Q t Q t -=动态时：1222()()()()()()dV t dh t Q t Q t A dt dt h t Q t R ⎧-==⋅⎪⎪⎨⎪=⎪⎩由以上两式联立可得，12()()()h t dh t Q t A R dt⇒-=⋅对以上式进行拉氏变换可得，21212()()()()()1R H s H s Q s A S H s R Q s A R S ⇒-=⋅⋅⇒=⋅⋅+ 我们对所得出的进行近似，可得，22()11R KG s A R S T S ⇒==⋅⋅+⋅+ 此时，若1Q 有节约变化量0X ，拉氏变换式01()X Q s S∆=，则000()11X KX KX KH s T S S S S T=⋅=-⋅++ 取拉氏反变换，可得0()(1)tTh t KX e-=-当t →∞时，00()(0)()(0)h h h h KX K X ∞-∞-=⇒=当t T =时，100()(1)0.632h T KX e KX -=-=上式表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图3-2（a ）所示，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T 。

基于PID的上水箱液位控制系统设计毕业论文

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)基于PID的水箱液位控制系统设计班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (11)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (23)参考文献 (26)附录 .................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC, PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

”基于PLC的液位控制系统可以很好的满足工业中的液位控制系统的要求，为控制带来便捷与准确，在现在讲求效率的社会里具有重要的实用价值。

在以前的工业中，液位控制的实现方法莫过于人为的去看然后去调，或者通过固定的液位开关，当液位达到一定的高度后液位开关自动闭合或断开来控制液位的。

随着自动化不断地发展，在工业中很多时候需要我们连续的去控制液位，时刻的去观察液位的高度，而且越来越多的时候需要在计算机上进行监测液位和控制液位，这就是本设计的目的。

实验3上、中水箱液位串级控制系统实验

实验3 上、中水箱液位串级控制系统实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成；2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法；3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备AE2000B型过程控制实验装置、万用表一只三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，中水箱液位作为主调节器调节对象。

控制框图如图1所示：图1 上水箱中水箱液位串级控制框图四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查：1）将AE2000B 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）；2）打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀；3）打开上水箱和下水箱的出水阀至适当开度；4）检查电源开关是否关闭。

2、系统连线图：1）将I/O信号接口板上的下水箱液位的钮子开关打到OFF位置，上水箱液位的钮子开关打到ON位置；2）按图2所示连线；3）将主调节仪的4~20mA输出接至I/O信号面板的温度变送器转换电阻上转换成1~5V 电压信号，再将此转换信号接至另一调节仪（副调节器）的1端和2端作为外部给定，上水箱液位信号转换为1~5V的信号后接入副调节器的1~5V和地两端。

调节器输出的4~20mA接电动调节阀的4~20mA控制信号两端。

3、启动实验装置：1）将实验装置电源插头接到220V的单相电源上；2）打开电源单带漏电保护空气开关，电压表指示220V；3）打开总电源开关，即可开启电源。

4、实验步骤1）开启电动调节阀电源、24V电源、智能调节仪电源，调整好仪表各项参数；图2、实验接线2）设定主控参数和副控参数。

主调节器的参数与单回路闭环控制设定方法一样；3）启动动力支路，待系统稳定后，在上水箱给一个阶跃信号，观察实时曲线的变化，并记录此曲线；4）系统稳定后，在副回路上加干扰信号，观察主回路和副回路上的实时曲线的变化。

记录并保存曲线。

五、实验报告要求分析串级控制和单回路PID控制不同之处？六、注意事项1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源；2、系统连接好以后，在老师的指导下，运行串级控制实验；3、为保护仪表及用电设备的使用寿命实验完毕，先关闭所有电源开关，再关电源总开关。

水箱液位定值PID调节

K p 控制器的比例系数 Ti 控制器的积分时间 Td 控制器的微分时间 ; ;
实验六、水箱液位定值PID调节
四、实验内容
1、熟悉水箱夜位控制原理和结构框图 2、使用操作站操作画面对控制对象进行参数设置 3、使用操作站操作画面对控制对象进行参数整定 4、观察P、I、D参数变化对控制效果的影响
实验六、水箱液位定值PID调节
一、实验目的
1、掌握PID调节的控制原理 2、掌握PLC控制系统实现PID调节的基本方法和参数整定 3、分析P、I、D各参数对液位控制品质的影响
二、实验设备
1、PCS3000过程控制系统一套 2、配置SIMENS S7-300的智能操作台一套 3、装有WINCC的 PC操作站一台
• ＰＩＤ控制作用的影响
积分作用：消除稳态误差，提高精度，但系统响应慢，稳定性变坏．微分作用：是控制器增加了超前作用，有助于补偿控制环中任何滞后或计算延迟，增加系统的快速性和稳定性．
• ＰＩＤ控制作用的影响
– 比例作用(P):
•
p(t ) kP[e(t )
1 de(t ) e(t )dt TD ] T dt I
e( t ) 控制器的输入
Kp 控制器的比例系数 Ti 控制器的积分时间 Td 控制器的微分时间
u ( t ) K p [e( t ) 1 Ti
e(t)dt T
0
t
d
t de( t ) de( t ) ] K p e( t ) K i e( t )dt K d 0 dt dt
实验六、水箱液位定值PID调节

基于PID的上水箱液位控制系统设计

基于PID的水箱液位控制系统设计班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (23)参考文献 (26)附录..................................................................................... 错误!未定义书签。