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1、贵州大学实验报告学院：电气工程学院 专业： 测控技术与仪器 班级：测仪 101姓名任洁灵学号1008040041实验组5实验时间2012/12/19指导教师陈湘萍成绩实验项目名称二阶系统的模拟调节实验目的1） 、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。2） 、研究系统分别用 P、PI 和 PID 调节时的控制性能。3） 、定性地分析 P、PI 和 PID 调节器的参数对系统性能的影响。实验要求采用集中授课形式，以教师讲授实验原理及实验步骤、学生动手操作为主。实验原理 ) C12 ) +_r ) ) f图 2-1、双容水箱液位控制系统的方框图图 2-1 为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回
2、路控制系统，它是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度；具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。对于阶跃输入（包括阶跃扰动） ，这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数 和 Ti 调节得合理，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 的控制作用，从而使系统既无余差存
3、在，又使其动态性能得到进一步改善。实验仪器TKGK-1 实验台、万用表、秒表.实验步骤（一） 、比例（P）调节器控制1） 、按图 2-1 所示的结构接成单回路的实验系统。其中被控对象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。2） 、把调节器置于“手动”状态，其积分是时间常数置于最大处，微分作用开关设在“关”的位置，比例度设置于最大值处， “正-反”开关拔到“反”的方向，即此时的调节器为比例调节（P） 。3） 、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机程序，在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被调量调到给定值（一般把液面高度控制在水箱高度的 50%处） 。4） 、观察计算机显示屏的曲线，待被调量基本稳
4、定于给定值后，即可将调节器的开关由“手动”位置拔到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。5） 、待系统的输出趋于平衡不变后，加入阶跃扰动信号（一般可通过改变设定值的大小来实现） ，经过一段时间运行后，系统进入了新的平衡状态。利用秒表和 LT2 液位指示仪表记录整个过渡过程曲线,计算系统的余差 ess和超调量 p 的大小 。（二） 、比例积分调节器（PI）控制1） 、在比例调节器控制实验的基础上，加上积分作用，即把“I” （积分）由最大处（“关” ） 旋至中间某一位置，观察被控制量是否能回到原设定值的位置，以验证系统在 PI 调节器控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2） 、固定比例度 值（中等大
5、小） ，给定一积分时间 Ti 值。然后加一阶跃扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线、调节时间 tS、超调量 P。注意: 过小的 和过小的 Ti 都可能会导致系统的不稳定。（三） 、比例积分微分调节器（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 D 打开。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，以看出微分 D 对系统性能的影响。2） 、选择合适的 、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%增至 60%来实现） 。实验内容（一） 、比例（P）
6、调节器控制（二） 、比例积分调节器（PI）控制（三） 、比例积分微分调节器（PID）控制实验数据双容比例调节器控制（初始平衡状态水位为 6cm）：t（秒）306090120150180210240270300 LT2 读 数(cm)5.575.295.044.734.333.953.693.553.543.59双容比例积分调节控制（初始平衡状态水位为 7cm）：t（秒）60120180240300360420480540LT2 读数(cm)7.047.097.127.147.147.167.187.197.20双容比例积分微分调节器控制（初始平衡状态水位为 3cm）:t（秒）306090120
7、150180210240270LT2 读数(cm)3.664.304.975.726.457.257.998.649.18t（秒）300330360390420450480510540LT2 读数(cm)9.6710.2110.6811.0411.3010.289.779.489.38t（秒）570600630660690720750780LT2 读数(cm)9.208.978.788.748.818.948.998.99实验总结通过实验熟悉了单回路双容液位控制系统的组成和工作原理、体验了系统分别用P、PI 和 PID 调节时的控制性能、通过对三种调节器的比较可以发现，比例调节器调节虽然及时快速，但却有较大余差，比例积分调节器可以消除余差但却有较大的超调，而比例积分微分则相对说更加完善，加入微分作用后能相对减少超调量，将扰动及时的抑制了。指导教师意见签名： 年 月 日
