1、 一階水箱對象PID控制實驗四 上水箱液位PID整定一、實驗目的（1）通過實驗熟悉單回路負反饋控制系統的組成和工作原理。（2）分析分別用P、PI和PID調節時的過程圖形曲線。（3）定性研究P、PI和PID調節器的參數對系統性能的影響。二、實驗設備CS2000型過程控制實驗裝置，PC機，DCS控制系統與監控軟件。液位干擾給定三、實驗原理+上水箱電動調節閥PID控制器液位變送器一階單容水箱液位PID控制方框圖上圖為單回路上水箱液位控制系統。單回路調節系統一般指在一個調節對象上用一個調節器來保持一個參數的恒定，而調節器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執行機構。本系統所要保持的參數是液位的給定高

2、度，即控制的任務是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。根據控制框圖，這是一個閉環負反饋單回路液位控制，采用DCS系統控制。當調節方案確定之后，接下來就是整定調節器的參數，一個單回路系統設計安裝就緒之后，控制質量的好壞與控制器參數選擇有著很大的關系。合適的控制參數，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數選擇得不合適，則會使控制質量變壞，達不到預期效果。一個控制系統設計好以后，系統的投運和參數整定是十分重要的工作。一般而言，用比例（P）調節器的系統是一個有差系統，比例度的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統的動態性能密切相關。比例積分（PI）調節器，由于積分的作用，不僅能實現系統無余差，而

3、且只要參數，TI調節合理，也能使系統具有良好的動態性能。比例積分微分（PID）調節器是在PI調節器的基礎上再引入微分D的作用，從而使系統既無余差存在，又能改善系統的動態性能（快速性、穩定性等）。但是，并不是所有單回路控制系統在加入微分作用后都能改善系統品質，對于容量滯后不大的對象，微分作用的效果并不明顯，而對噪聲敏感的流量系統，加入微分作用后，反而使流量品質變壞。對于我們的實驗系統，在單位階躍作用下，P、PI、PID調節系統的階躍響應分別如下圖中的曲線、所示。P、PI和PID調節的階躍響應曲線四、實驗內容和步驟(1)關閉出水閥，將CS2000 實驗對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。(2)打開以

4、丹麥泵、電動調節閥、孔板流量計組成的動力支路至上水箱的出水閥門；關閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。同時打開上水箱的出水閥至適當開度。(3)手動打開實驗裝置、檢測儀表、丹麥泵、電動調節閥的電源開關：打開控制柜中水泵、電動調節閥的電源開關。(4)啟動DCS上位機組態軟件，進入主畫面，然后進入實驗四畫面，熟悉本實驗組態軟件的啟動、退出、界面和基本操作。(5)用鼠標點擊相應的對話框，調出PID窗體框，用鼠標按下自動按鈕，在“給定值SV”欄中輸入設定的上水箱液位，按“回車”鍵確認。選擇控制規律P、PI或者PID,并設置相應的參數（比例度、積分時間和微分時間），待測量值在給定值附近基本穩定。注意，如果

5、不想要積分，可以把積分時間TI設為無窮大（999.99）。如果不想要微分，可以把微分時間TD置為零。(6)開始記錄數據，然后加干擾，這里采用突然改變給定值的方法來模擬干擾（如原來給定值為10cm，現在改為15cm或5cm，回車）。記錄該時刻，同時不斷記錄水位，直到新的穩態建立。如果過渡過程的質量不理想，就應該考慮調節相應的PID參數，盡可能得到適當的衰減振蕩曲線。(7)改變控制規律，時間允許的情況下，對于P、PI、PID，分別得到2條合理的過渡過程曲線（對應不同參數）。注意：每當做完一次試驗后，必須待系統穩定后再做另一次試驗。五、實驗報告要求（1）作出P調節器控制時，不同P值下的階躍響應曲線。（2）作出PI調節器控制時，不同P和TI值時的階躍響應曲線。（3）畫出PID控制時的階躍響應曲線，并分析微分D的作用。（4）比較P、PI和PID三種調節器對系統無差度和動態性能的影響。