双容水箱液位定值控制系统实验报告

XXXX大学

电子信息工程学院

专业硕士学位研究生综合实验报告

实验名称：双容水箱液位定值控制系统专业：控制工程

姓名： XXX

学号：XXXXXX

指导教师： XXX

完成时间：XXXXX

实验名称：双容水箱液位定值控制系统

实验目的：

1．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。

2．掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。

4．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。

5．掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

实验仪器设备：

1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个；

2．SA-12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、数据交换器两个，网线四根；

5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡及网线；

6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。

实验原理：

本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。要求下水箱液位稳定至给定量，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，以达到控制下水箱液位的目的。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。调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。本实验系统结构图和方框图如图所示。

方案设计及参数计算：

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。

单回路控制系统方框图

调节器参数的整定方法

（一）经验法

系统

参数

δ(%)T I(min) T D(min)

温度20～60 3～10 0.5～3

流量40～100 0.1～1

压力30～70 0.4～3

液位20～80

(二)临界比例度法

根据临界比例度δk和振荡周期T S，按下表所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以得到4：1衰减为目标。

调节器参数

调节器名称

δT I(S) T D(S)

P 2δk

PI 2.2δk T S/1.2

PID 1.6δk0.5T S0.125T S

（三）衰减曲线法（阻尼振荡法）

理想比例度为4：1衰减比例度，用δS表示之。相邻两波峰间的距离称为4：1衰减周期T S。根据δS和T S，运用下表所示的经验公式，就可计算出调节器预整定的参数值。

调节器参数

调节器名称

δ（%）T I(min) T D(min)

P δS

PI 1.2δS0.5T S

PID 0.8δS0.3T S0.1 T S （四）动态特性参数法

对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K、T、τ等），利用

实验数据及结果：

通过系统响应曲线可以看出，当设定值为10时，系统的响应有明显的时滞过程，并且有较大的超调现象，但系统最终稳定，整体图像比较理想。

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