上水箱液位PID整定实验
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。
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。
实验三上水箱下水箱液位串级控制实验
实验三上水箱下水箱液位串级控制实验一.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.实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，下水箱液位做为主调节器调节对象。
控制框图如图3-1所示：3-1、上水箱下水箱液位串级控制框图三.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）、关闭阀1、阀22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、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀6，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀10、阀17、阀20。
（3）、打开上水箱的出水阀：阀8至适当开度。
（4）、检查电源开关是否关闭2、系统连线图：图3-2、实验接线1）、如图5-2所示：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）、将下水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），下水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。
智能仪表的地址设为1，软件定义调节仪地址为1的调节器为主调节器，调节仪地址为2的调节器为副调节器。
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0.2~1V的信号后接入副调节器的3、2两端。
调节器输出的4~20mA接电动调节阀的4~20mA控制信号两端。
4）、电源控制板上的三相电源、单相Ⅰ的空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。
5）、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置。
6）、智能调节仪的~220V电源开关打在关的位置。
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。
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。
第四课--上水箱液位PID整定实验
第四课上水箱液位PID整定实验安徽化工学校陶运道一、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1）、CS2000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。
2）、万用表一只三、实验原理图4.1图4.1为单回路上水箱液位控制系统。
本系统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，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4.2中的曲线①、②、③所示。
图4.2 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查：1）、将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
2）、打开以威乐泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
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 。
水箱液位定值控制实验
水箱液位定值控制实验一、单回路与串级控制系统概述1．单回路控制系统：下图为单回路控制系统方框图的一般形式，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。
图12-1 单回路控制系统方框图（1）干扰对系统性能的影响：①干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响。
干扰通道的放大系数Kf会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。
如果干扰通道是一惯性环节，令时间常数为Tf，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf越大，则系统的动态偏差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节，它使被调参数的响应时间滞后一个τ值，但不会影响系统的调节质量。
②干扰进入系统中的不同位置。
复杂的生产过程往往有多个干扰量，它们作用在系统的不同位置，如下图所示。
同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
图12-2 扰动作用于不同位置的控制系统（2）控制规律的选择：PID 控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。
① 比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。
其传递函数为： GC(s)= KP =δ1(12-1)式中KP 为比例系数，δ为比例带。
② 比例积分(PI)调节PI 调节器就是利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除残差，但I 调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
其传递函数为：G C (s)=K P (1+s 1I T )＝δ1(1+s1I T ) (12-2)式中T I 为积分时间。
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
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。
测控专业实验—水箱控制综合实验
一、实验目的
1、了解水箱液位控制系统的结构与组成。
2、掌握水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。
4、了解PID调节器对液位、水压控制的作用。
二、实验原理及步骤
水箱系统模型：
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V。
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- -个自衡系统。
三、实验接线图：
四、实验结果图：。
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五、实验结果
1、P控制
比例度：1 积分时间：0 微分时间：0
σ=（27.2-20）/20=36%
P调节器控制时的阶跃响应曲线：
2、PI控制
比例度：0.9 积分时间：2.0 微分时间：0
σ=（23.9-15）/15=59.33%
PI调节器控制时的阶跃响应曲线：
5）、减小P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
6）、增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
7）、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。
8）、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、启动实验装置
1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。
2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。
3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源
4）、开启单相Ⅰ，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的零位。
5）、启动智能仪表，设置好仪表参数。
（一）比例调节控制
1）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验，如图4-4所示：
图4-4、实验软件界面
2）、打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。
3）、设定给定值，调整P参数。
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。
姓名
实验时间：第8周星期二第9-12节 指导老师xx老师
实验四、上水箱液位PID整定实验
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、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
（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σp。
1）、三相电源、单相Ⅰ空气开关打在关的位置。
2）、智能调节仪的~220V的电源开关打在关的位置。
3）、将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。
4）、将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的正极），将上水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。
5）、将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即正极）接至电动调节端的5端（即负极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的-（即负极）。
表二、不同Ti时的超调量σp
积分时间常Ti
大
中
小
超调量σp
38.5%
42.5%
59.3%
3）、固定I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σp。
表三、不同δ值下的σp
比例P
大
中
小
超调量σp
43.3%
29%
20.4%
4）、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、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）。
（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，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至适当开度。
（4）、检查电源开关是否关闭。
2、系统连线：
3、PID控制
比例度：1.3 积分时间：2.0 微分时间：4.0
σ=（25.8-20）/20=29%
PID调节器控制时的阶跃响应曲线：
六、思考题
1）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？
答：储水箱灌满水，上水箱出水阀打开适当开度，系统线路图连好。
2）、为什么要强调无扰动切换？
答：因为系统存在微分环节，如果有扰动时则会使系统引起很大的波动，使曲线不能趋近于平稳。
（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（阶跃输入可由给定值从50%突变至60%来实现）。
答：纯比例控制不能消除余差。增加一个积分控制，把所有的余差累加起来，这样可以消除余差。
三、实验原理
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中的曲线①、②、③所示。
3）、试定性地分析三种调节器的参数δ、（δ、Ti）和（δ、Ti和Td）的变化对控制过程各产生什么影响？
答：参数δ可以使余差减小；δ、Ti可以把余差全部累加起来，从而减小误差；δ、Ti和Td可以使超调量减小，从而是体统尽快达到最大值，减小上升时间。
4）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？