双容水箱液位定值控制系统实验报告

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1、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、

2、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

3、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(%)TI(min)TD(min)温度20～603～100.5～

4、3流量40～1000.1～1压力30～700.4～3液位20～80(二)临界比例度法根据临界比例度δk和振荡周期TS，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δTI(S)TD(S)P2δkPI2.2δkTS/1.2PID1.6δk0.5TS0.125TS（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TS。根据δS和TS，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（%）TI(min)TD(min)

5、PδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS（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），利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。调节器参数调节器名称δ（%）TITDP×100%PI1.1×100%3.3τPID0.85×100%2τ0.5τ实验内容及操作步骤：本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当

6、开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。1．将挂件SA-22远程数据采集模拟量输出模块、SA-23远程数据采集模拟量输入模块挂到屏上，并将挂件上的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照本章第一节的控制屏接线图2-5连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给电动调节阀上电。3．打开上位机MCGS组态环境，打开“远程数

7、据采集系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。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。结果分析：本实验采用PID进行双容水箱的液位定值控制，PID控制器的参数整定采用理论计算方法计算得出，并根据实际控制效果进行微调，最终可以实现双容水箱的液位定值控制。由系统响应曲线可以看出，采用PID控制器进行控制时，系统响应痴线了明显的滞后，并且有较大的超调，但最终可以实现跟踪给定的控制效果。实验

8、心得：通过通过此次试验，进一步深刻了解了过程综合自动化实验平台的结