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1、上海電力學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)課程題目雙容水箱液位PID控制實(shí)驗(yàn)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)同組成員指導(dǎo)老師時(shí)間2011-5-16上海電力學(xué)院電力與自動(dòng)化工程學(xué)院一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)的組成和原理2、進(jìn)一步熟悉PID的調(diào)節(jié)規(guī)律3、進(jìn)一步熟悉PID控制器參數(shù)的整定方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、四水箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)2、PC機(jī)（WindowXP操作系統(tǒng)）三、實(shí)驗(yàn)原理1、控制系統(tǒng)的組成及原理單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一般是指用一個(gè)控制器來(lái)控制一個(gè)被控對(duì)象，其中控制器只接收一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)也是一種單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，典型
2、的雙容水箱液位控制系統(tǒng)如下圖所示：PID控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)雙容水箱測(cè)量電路液位設(shè)定值-干擾雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)的方框圖在雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測(cè)量電路主要功能是測(cè)量對(duì)象的液位并對(duì)其進(jìn)行歸一化等處理；PID控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制雙容水箱的液位達(dá)到期望的設(shè)定值。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有在單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)更高要求的情況下，才采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2、PID調(diào)節(jié)規(guī)律PID控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PI
3、D控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。目前，PID控制仍然是得到最廣泛應(yīng)用的基本控制方式。常用的ＰＩＤ控制規(guī)律有：Ｐ、ＰＩ、ＰＤ、ＰＩＤ，可根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)和控制要求選擇其中之一作為控制器。3、PID控制器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)整定方法雙容水箱液位PID控制器參數(shù)整定，是為了得到某種意義下的最佳過(guò)渡過(guò)程。我們這里選用較通用的“最佳”標(biāo)準(zhǔn)，即要求在階躍擾動(dòng)作用下，被調(diào)量的波動(dòng)具有衰減率0.75左右，在這個(gè)前提下，盡量滿足準(zhǔn)確性和快速性的要求。常用的實(shí)驗(yàn)整定方法有：a、動(dòng)態(tài)特性曲線法b、穩(wěn)定邊界法c、衰減曲線法四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作2、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行四
4、水箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)DDC實(shí)驗(yàn)軟件，進(jìn)入首頁(yè)界面；選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綖椤皩?shí)驗(yàn)裝置”；單擊實(shí)驗(yàn)菜單，進(jìn)入雙容水箱液位PID控制實(shí)驗(yàn)界面。3、選擇控制回路（1）、選擇控制對(duì)象在實(shí)驗(yàn)界面的“請(qǐng)選擇控制回路”選擇框中選擇控制回路，如下圖所示：從兩個(gè)回路中任選一個(gè)。在這里，我們選擇“水箱1”作為控制回路，此時(shí)只有水箱1的PID控制器是有效的。（2）、控制回路構(gòu)成根據(jù)選擇的控制對(duì)象，調(diào)節(jié)相應(yīng)的進(jìn)水閥狀態(tài)。以“水箱1”對(duì)象為例，此時(shí)需打開閥門K31，關(guān)閉其它進(jìn)水閥，從而構(gòu)成雙容PID控制回路。操作方式：打開實(shí)驗(yàn)裝置上的進(jìn)水閥“K31”，關(guān)閉其它進(jìn)水閥。4、選擇PID控制器的工作
5、點(diǎn)假定我們選擇了“水箱1”控制回路，則相應(yīng)地設(shè)置水箱1的控制器。單擊實(shí)驗(yàn)界面中的“水箱1液位控制器”標(biāo)簽，打開控制器窗體，在控制器窗體中，單擊“手動(dòng)”按鈕，將控制器設(shè)置成手動(dòng)。如下圖所示。（2）、設(shè)定工作點(diǎn)單擊控制器界面中MV柱體旁的增/減鍵，設(shè)置MV（U1）的值。將閥門U1開度設(shè)置在某一確定值——即選定某一工作點(diǎn)。如下圖所示：5、設(shè)置PID控制器參數(shù)（1）、根據(jù)對(duì)象特性，設(shè)置P、I、D參數(shù)假定估算PID參數(shù)如下：Kc＝5Ti＝80Td＝0（2）、將參數(shù)輸入控制器中單擊控制器界面中的“參數(shù)設(shè)置”按鈕，彈出控制器參數(shù)設(shè)置窗體，如下圖所示：通過(guò)鍵盤輸入比
6、例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間，一般不用修改其它參數(shù)。6、啟動(dòng)水箱1液位PID控制器（1）、將控制器改成自動(dòng)方式：?jiǎn)螕艨刂破鞔绑w的“自動(dòng)”按鈕。（2）改變?cè)O(shè)定值：?jiǎn)螕艨刂破鞔绑wSV柱體旁的增/減鍵，改變控制器的設(shè)定值SV7、水箱1液位PID控制器的控制效果通過(guò)“實(shí)時(shí)趨勢(shì)”或“歷史趨勢(shì)”窗體可以查看趨勢(shì)曲線；根據(jù)趨勢(shì)曲線，從超調(diào)量、過(guò)渡時(shí)間和衰減比等方面對(duì)控制效果進(jìn)行評(píng)估，當(dāng)達(dá)到或接近期望效果時(shí)，跳到第9步。8、根據(jù)控制效果，調(diào)整PID控制器參數(shù)當(dāng)控制效果不佳時(shí)，重新將控制器設(shè)置成手動(dòng)，根據(jù)以下幾條參考調(diào)節(jié)規(guī)律或其它經(jīng)典的調(diào)節(jié)規(guī)律修正PID參數(shù)：（1）、如
7、果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小比例作用和積分作用（2）、如果系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)減小積分作用；反之，應(yīng)加大積分作用（3）、如果期望縮短過(guò)渡時(shí)間，可以適當(dāng)加大比例作用（4）、液位調(diào)節(jié)中，一般不用微分作用9、記錄數(shù)據(jù)記錄記錄控制的調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用趨勢(shì)窗體查看控制效果，并結(jié)果記錄在下表中：實(shí)驗(yàn)序列1234時(shí)間開始18:18:0918:50:5019:41:1020:25:42結(jié)束18:35:0019:33:0820:23:1121:17:39控制參數(shù)Kc51.51.31.7Ti80180200220Td0000超調(diào)量（%）發(fā)散13.7910.1822.
8、4過(guò)渡時(shí)間（min）∞30.627.624.3衰減比>11/3.331/5.61/3.67效果評(píng)估差較好好較
