上水箱液位PID整定
题目三、上水箱液位PID整定实验
一、课程设计主要任务及要求
1、了解单容液位控制系统的结构与组成。
2、掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法。
3、进行P、PI和PID三种调节器参数整定。
4、比较三种调节器的控制效果。
二、实验设备
1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置。
2. 计算机及相关软件。
三、实验原理
图3-6 上水箱单容液位定值控制系统
(a)结构图(b)方框图
本实验系统结构图和方框图如图3-6所示。被控量为上水箱（也可采用中水箱或下水箱）的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。将压力传感器LT1检测到的上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气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。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。
四、实验控制系统流程图
本实验控制系统的流程图如图3-7所示。
图3-7 验控制系统的流程图
上水箱液位检测信号LT1为标准的模拟信号，直接传送到SIEMENS的模拟量输入模块SM331，SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP（CPU315-2 DP为PROFIBUS-DP总线上的DP主站），这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。
本实验的执行机构为带PROFIBUS-PA通讯接口的阀门定位器，挂接在PROFIBUS-PA 总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，这样控制器CPU315-2 DP 发出的控制信号就经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。
五、实验内容与步骤
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭。
1、接通控制柜和控制台电源电源，并启动磁力驱动泵和空压机。
2、打开作上位控制的PC机，点击“开始”菜单，选择弹出菜单中的“SIMATIC”选项，再点击弹出菜单中的“WINCC”，再选择弹出菜单中的“WINCC CONTROL CENTER
5.0”,进入WINCC资源管理器，打开组态好的上位监控程序，点击管理器工具栏上的“激活（运行）”按钮，进入的实验主界面。
3、鼠标左键点击实验项目“上水箱液位PID整定实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图3-8所示。
图3-8 实验界面
在实验界面的左边是实验流程图，右边是参数整定，下面一排六个切换功能键
4、在上位机监控界面中点击“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过设定值或输出值旁边相应的滚动条或输出输入框来实现。
5、启动磁力驱动泵，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量，使上水箱的液位平衡于设定值。
6、按经验法或动态特性参数法整定PI调节器的参数，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
7、待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面两种仅供参考）
（2）将气动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度；
（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值），观察计算机记录此时的设定值、输出值和参数，液位的响应过程曲线将如图3-9所示。
图3-9 液位的响应过程曲线
8、分别适量改变调节器的P及I参数，重复步骤7，通过实验界面下边的按钮切换观察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
9、分别用P、PI两种控制规律重复步骤4～8，通过实验界面下边的按钮切换观察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
六、课程设计报告要求
1、画出单容水箱液位控制实验的结构框图。
2、用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
3、根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4、比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
5、分析P、PI、PID三种控制规律的效果。
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS) 一、实验目的 1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。 2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。 3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。 二、实验设备 CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。 三、实验原理 一阶单容水箱PID控制方框图 图为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用EPA系统控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，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的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。 P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线 四、实验步骤
单容液位PID控制
单容水箱液位定值控制实验 （一）实验目的和要求 1、熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，研究控制器参数对控制效果的影响； 2、使用P、PI和PID等控制规律进行单容水箱的液位定值控制； 3、分析控制过程中的过渡过程曲线并考察控制参数的影响； 4、运用临界比例度法进行控制器参数的工程整定，以得到理想控制曲线。 （二）工作原理 1、控制系统结构 扰动 上水箱 电动调节阀 DDC系统 给定值+ - 液位 压力变送器 图1 简单控制系统方框图 图1为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，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的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2中的曲线①、②、③所示。 图 2 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 影响控制系统控制质量的因素有很多，除了被控对象的性质之外，自动化装置能否根据
单容水箱液位控制系统的设计
单容水箱液位控制系统辨识 一、单容水箱液位控制系统原理 单容水箱液位控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。图1-1为单容水箱液位控制系统方块图。 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。图1-2是单容液位控制系统结构图。 图1-1 单容水箱液位控制系统的方块图系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定
值无偏差存在。图1-2 是单容水箱液位控制系统结构图。 一般言之，具有比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI ）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti 选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。 图1-2 单容液位控制系统结构图 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 的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P 、PI 、PID 调节系统的阶跃响应分别如图1-3中的曲线①、②、③所示。 图1-3 P 、PI 和PID 调节的阶跃响应曲线 二、单容水箱液位控制系统建模 .
单容水箱液位控制系统的PID算法
自动控制原理课程设计报告
单容水箱液位控制系统的PID算法 摘要随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，水箱液位系统是过程控制中一种典型的控制对象，提高液位控制系统的性能十分重要。本文针对理想的单容水箱液位系统，将包括单容水箱、电动机等在内的部分分别建立数学模型，并加入常规PID对系统性能进行调节。但由于实际单容水箱液位系统具有时滞性和非线性，实际生产中若要对其建立精确的数学模型比较困难。因此，将模糊控制的方法引用到对单容水箱液位系统的PID控制中，通过Simulink仿真验证了算法的有效性。结果表明，和常规PID控制相比，模糊PID控制具有良好的动静态品质。 关键词单容水箱液位; PID控制; MA TLAB; Simulink; 模糊控制. PID control method in water level systemof single-tank ABSTRACT With the development of technology, the control precision is more and more important. And thewater level system of single-tankis a typical control target in process control. The article mainly deals with the water level system of single-tank. It establishes mathematics model for every part of the system, and uses the traditional PID to improve the function . But in actual industry，it’s hard to establishes precise mathematics model. So, it introduces fuzzy PID control in this system. The result suggests that fuzzy PID control is more suitable than the traditional one. KEY WORDS the water level of single-tank; PID control; MA TLAB ; Simulink; fuzzy control. 在工业过程控制中，被控量通常有：液位、压力、流量和温度。其中，液位控制是工业中常见的过程控制，广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱等受压容器的液位测量，是工业自动化的一个重要的组成部分。因此，对它进行研究有很高的价值。 单容水箱是一个自衡系统，自衡调节过程比较缓慢，液位很难达到预期值。加入闭环调整后，系统的性能有所改善。但是，实际过程中往往要求要求水箱系统超调小、响应快、稳态误差小。并且要求水箱在一定扰动下，即出水阀门打开后，液位能够平稳、快速、准确地恢复到一个恒定值。因此，在水箱液位控制过程中引入PID调节。 常规PID适用于数学模型容易确定的系统。理想模型下，引入PID调节后，系统的动态和静态性能改善。但是实际中，液位控制具有滞后、非线性、时变性、数学模型难以准确建立等特点。常规的PID控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化。而模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，但控制精度不太理想。如果将模糊控制和常规的PID控制结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例、积分、微分系数，就能更好地适应控制系统的参数变化和工作条件的变化。 本文主要对单容水箱闭环系统建立模型，分析其闭环系统、引入常规PID控制及引入模糊PID控制后的系统性能，并用MATLAB进行仿真。 1 单容水箱液位控制系统模型 1.1原理图 1.2系统闭环结构框图 负载阀 调节阀 电机浮子 减速器 电位器 图1单容水箱液位闭环控制系统
单容液位定值控制系统实验报告
太原科技大学实验报告 实验名称：单容液位定值控制系统 专业班级： 姓名： 学号：
实验报告 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、仪器用具 1．实验控制水箱； 2．实验对象及控制屏、计算机一台、SA-44挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根； 3．三相电源输出（~380V/10A）、单相电源输出（~220V/5A）中单相I、单相II端口、三相磁力泵（~380V）、压力变送器LT2、电动调节阀中控制信号（4~20mA 输入，~220V输入）、S7-200PLC 中AO端口、AI2端口。 三、实验原理 本实验系统结构图和方框图如图1所示。被控量为中水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。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，以达到控制中水箱液位的目的。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（本次实验我组采用的是PI控制）。
图1 中水箱单容液位定值控制系统 (a)结构图 (b)方框图 四、实验内容与步骤 本实验选择中水箱作为被控对象。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、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 本次实验采用的是S7-200控制的方法。 图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制实验接线图
实验二、单容水箱液位PID控制系统
实验二、单容水箱液位PID 控制系统 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、研究系统分别用P 、PI 和PID 调节器时的阶跃响应。 3、研究系统分别用P 、PI 和PID 调节器时的抗扰动作用。 4、定性地分析P 、PI 和PID 调节器的参数变化对系统性能的影响。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置： GK-02、 GK-03、 GK-04、 GK-07(2台) 2、万用表一只 3、计算机系统 三、实验原理 1、单容水箱液位控制系统 图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图7-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反 馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要 求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影 响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、 且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广 泛地应用。 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好 坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参 数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得 不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常 工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控 制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 图7-2单容液位控制系统结构图 系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。 一般言之，具有比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密 切相关。比例积分（PI ）调节器，由于积分 的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要t(s)T( c) .10e ss 23 1
单容水箱液位控制系统设计
单容水箱液位控制 系统设计
分类号密级 UDC 过程控制系统设计作业 单容水箱液位控制系统设计 学生姓名 xxxxxx 学号xxxxxxxxxxxx 任课教师 xxxx 院、系、中心工程学院自动化及测控系 专业年级 xxxx级自动化 提交日期 10 月日 中国海洋大学
文档历史
单容水箱液位控制系统设计 摘要 本论文以单容水箱为被控对象，给出了单闭环控制系统、串级控制系统和前馈反馈控制系统的设计方案，实现对水箱液位的控制。本论文还针对每种控制系统，在Matlab的Simulink中建立仿真模型进行仿真，得到仿真曲线，而且利用仿真曲线分析控制系统的性能，例如最大动态偏差、调节时间、衰减率和积分性能指标IAE等。单闭环控制系统的设计包括P、I、PI和PID的设计。本文分别经过衰减频率特性法（理论整定法）和衰减曲线法（工程整定法）对控制器参数进行了整定。本论文还经过比较各控制系统的仿真曲线和系统性能指标，对各种控制系统设计方案进行了比较，发现串级控制和前馈反馈控制可提高系统性能。 关键词： PID；串级；前馈反馈；参数整定；Simulink
Design on Water Level Control in a Tank Abstract This thesis provides design methods of single closed-loop control system, cascade control system and feed forward control system about the controlled object a single water tank , and it achieves the goal of controlling level. For every kind of control system, simulation model is established by using simulation tool Matlab, simulation curves can analysis the performance of control system, such as the maximum percent overshoot, settling time, attenuation rate and IAE. The design of single closed-loop control system includes designs of P, I, PI and PID. The controller parameter is tuned by frequency response of attenuation rate and the attenuation curve .All the control design methods included are compared by simulation curves and performance indexes and we finally find that cascade control and feed forward control are able to improve system’s performance. Keywords:PID；Cascade；Feedforward- feedback；Parameter tuning；Simulink
单容水箱液位PID控制系统
单容水箱液位PID 控制系统 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、研究系统分别用P 、PI 和PID 调节器时的阶跃响应。 3、研究系统分别用P 、PI 和PID 调节器时的抗扰动作用。 4、定性地分析P 、PI 和PID 调节器的参数变化对系统性能的影响。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置： GK-02、 GK-03、 GK-04、 GK-07(2台) 2、万用表一只 3、计算机系统 三、实验原理 1、单容水箱液位控制系统 图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图7-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反 馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要 求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影 响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、 且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广 泛地应用。 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好 坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参 数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得 不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常 工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控 制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 图7-2单容液位控制系统结构图 系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。 一般言之，具有比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密 切相关。比例积分（PI ）调节器，由于积分 的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要t(s) T( c) .10e ss 23 1
单容下水箱液位PID变频器控制
电气与电子信息工程学院过程控制课程设计报告 专业名称： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间： 设计地点：
过程控制课程设计任务书 (1) 一、单容下水箱液位变频器PID控制 (3) 1.1、单容下水箱液位变频器PID控制流程图如图2.2.1 所示 (3) 控制系统的硬件设计 (3) 2.1 总体架构 (3) 2.2 S7300 PLC (5) 2.3调节阀 (6) 2.4压力变送器 (7) 三、控制系统的软件设计 (8) 3.1 STEP7硬件组态 (8) 3.2流程图界面要求 (10) 1）测试要求的组态流程图界面 (10) 2）动态点、交互控制点清单 (10) 3.3实时曲线要求 (11) 3.4操作记录要求 (11) 3.5历史记录要求 (12) 四、控制算法和编程 (12) 4.1转换模块 (12) 4.1.1AD转换模块 (12) 4.1.2DA转换模块 (12) 4.2 操作过程和调试 (13) 4.2.1衰减振荡法PID控制器参数整定 (13) 4.2.2用经验法整定调节器的参数 (13) 五、实验结果 (14) 六、安全注意事项： (16) 七、小结 (17) 过程控制课程设计成绩评定表 (18)
过程控制课程设计任务书 2012 ～2013 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作部门：电气学院电气自动化教研室 一、课程设计题目： 1、单容水箱液位调节阀PID单回路控制 2、单容水箱液位变频器PID单回路控制 3、竖直双容液位调节阀PID单回路控制 4、流量调节阀PID单回路控制 5、流量变频器PID单回路控制 6、压力调节阀PID单回路控制 7、压力变频器PID单回路控制 8、锅炉动态水温度PID单回路控制 9、换热器冷水出口温度调节阀PID单回路控制 二、课程设计内容 1、通过查阅资料掌握所选课题的原理、结构、并根据任务书用CAD设计1套过程控制系统 图纸,包括:自控设备清单、控制流程图、控制原理图、PLC系统硬件配置图、I/O地址分配表、I/O接线图等。 2、自学西门子S7-300系统的硬件知识和STEP7软件的编程组态方法,并根据设计图完成机架 配置、硬件组态、从站挂接和I/O口地址分配、用户程序编写等工作。 3、自学WINCC６.０或组态王组态软件并设计监控界面,包括定义数据词典、通讯设置、生 产流程控制画面、参数显示、PID手动/自动调节界面、趋势曲线等的设计。 4、掌握在A3000高级过程控制装置上调试用户程序和参数整定的方法。 5、掌握判断故障及处理故障的方法。 6、每个学生必须独立完成设计，写出综合课程设计报告并参加答辩。通过答辩考察学生对 整个项目设计和实施过程的掌握程度，并根据其在整个设计阶段的理论知识应用能力、设计能力、实践操作能力、编程调试、故障分析及解决能力给出一个综合评价。 三、进度安排 1．时间安排 序号内容学时安排（天） 1 选题、讲解设计要求、查资料；方案论证和总统设计 1 2 系统选型及硬件设计 1 3 软件设计 2 4 程序及系统调试 3
单容水箱液位控制系统设计
单容水箱液位控制系统 设计 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
过程控制系统设计作业单容水箱液位控制系统设计 学生姓名文强学号 2212130 任课教师陶珑 院、系、中心专科部 专业生产过程自动化 提交日期 2015年 10 月日 太原科技大学
单容水箱液位控制系统设计 摘要 本论文以单容水箱为被控对象，给出了单闭环控制系统、串级控制系统和前馈反馈控制系统的设计方案，实现对水箱液位的控制。本论文还针对每种控制系统，在Matlab的Simulink中建立仿真模型进行仿真，得到仿真曲线，并且利用仿真曲线分析控制系统的性能，例如最大动态偏差、调节时间、衰减率和积分性能指标IAE等。单闭环控制系统的设计包括P、I、PI 和PID的设计。本文分别通过衰减频率特性法（理论整定法）和衰减曲线法（工程整定法）对控制器参数进行了整定。本论文还通过比较各控制系统的仿真曲线和系统性能指标，对各种控制系统设计方案进行了比较，发现串级控制和前馈反馈控制可提高系统性能。 关键词： PID；串级；前馈反馈；参数整定；Simulink
Design on Water Level Control in a Tank Abstract This thesis provides design methods ofsingle closed-loop control system,cascade control systemand feed forwardcontrol system about the controlled object a singlewater tank,and it achieves the goal of controlling level.For every kind of control system,simulation model is established by using simulation tool Matlab, simulation curves can analysis the performance ofcontrol system,such as the maximum percent overshoot,settling time,attenuation rate and IAE.The design ofsingle closed-loop controlsystemincludes designs of P,I,PIand PID.The controller parameter is tuned by frequency response of attenuation rate and the attenuation curve .All thecontrol design methods included are compared by simulation curves andperformance indexes and we finally find that cascade control and feed forward controlare able to improvesystem’s perfo rmance. Keywords:PID；Cascade；Feedforward- feedback；Parameter tuning；Simulink
PID液位控制
PID控制单容水箱液位及其相关阶跃响应曲线 （计控092 陈帆指导老师王勇） 摘要：在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑控制。PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。 本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC 控制、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，控制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器，调节阀为电动调节阀。选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。关键词：液位控制； PID控制；单容水箱 正文：液位控制是工业中常见的过程控制．它对生产的影响不容忽视。单容液位控制系统具有非线性、滞后、耦合等特征．能够很好地模拟工业过程特征，多年以来，在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的自动控制器。它具有原理简单、易于实现、鲁棒性强和使用面广等优点。1.1PID的简介 1.1.1PID控制器的应用与发展 在过去的几十年里，PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。在控制理 论和技术飞速发展的今天，工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结 构，并且许多高级控制都是以PID控制为基础的。我们今天所熟知的PID控制 器产生并发展于1915一1940年期间。尽管自1940年以来，许多先进控制方法不 断推出，但PID控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优 点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。 PID控制器作为最早实用化的控制器己有70多年历史，它的算法简单易懂、 使用中参数容易整定，也正是由于这些优点，PID控制器现在仍然是应用最广 泛的工业控制器。 PID的发展过程，很大程度上是它的参数整定方法和参数自适应方法的研 究过程。最早的PID参数工程整定方法是在1942年由Ziegler和Nichols提出的简 称为z一N的整定公式，尽管时间已经过去半个世纪了，但至今还在工业控制 中普遍应用。1953年Cohen和Coon继承和发展了Z一N公式，同时也提出了一种 考虑被控过程时滞大小的Cohen一Coon整定公式。 自Ziegler和Niehols提出PID参数整定方法起，有许多技术己经被用于PID 控制器的手动和自动整定。按照发展阶段划分，可分为常规PID参数整定方法
PID水箱液位控制
摘要 在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。 PID控制(比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。 本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，调节阀为电动调节阀。选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。利用Matlab仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。 关键词： PID控制过程控制液位控制 Matlab
目录 摘要 .......................................................................................................................................... I 第一章绪论 . (1) 1．1过程控制的定义 (1) 1．2过程控制的目的 (1) 1．3过程控制的特点 (2) 1．4过程控制的发展与趋势 (2) 第二章水箱液位控制系统的原理 (3) 2．1 人工控制与自动控制 (3) 2．2 水箱液位控制系统的原理框图 (4) 2．3 水箱液位控制系统的数学模型 (5) 第三章水箱液位控制系统的组成 (8) 3．1 被控制变量的选择 (8) 3．2 执行器的选择 (8) 3.3 PID控制器的选择 (11) 3．4 液位变送器的选择 (12) 第四章 PID控制规律 (14) 4．1 比例控制 (14) 4．2积分控制（I） (16) 4．3微分控制（D） (16) 4．4比例积分控制（PI） (17) 4．5比例积分微分控制（PID） (17) 第五章利用MATLAB进行仿真设计 (18) 5.1 MATLAB设计 (18) 5.2 MATLAB设计任务 (18) 5.3 MATLAB设计要求 (18) 5.4 MATLAB设计任务分析 (19) 5.4 MATLAB设计任务分析 (20) 5.5 MATLAB设计内容 (24) 5.5.1主回路的设计 (24) 5.5.2副回路的设计 (24) 5.5.3主、副回路的匹配 (24) 5.5.4 单回路PID控制的设计 (25) 5.5.5串级控制系统的设计 (30) 心得体会 (33) 参考文献 (34)
单容水箱液位控制系统的PID算法学习资料
单容水箱液位控制系统的P I D算法
自动控制原理课程设计报告
单容水箱液位控制系统的PID算法 摘要随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，水箱液位系统是过程控制中一种典型的控制对象，提高液位控制系统的性能十分重要。本文针对理想的单容水箱液位系统，将包括单容水箱、电动机等在内的部分分别建立数学模型，并加入常规PID对系统性能进行调节。但由于实际单容水箱液位系统具有时滞性和非线性，实际生产中若要对其建立精确的数学模型比较困难。因此，将模糊控制的方法引用到对单容水箱液位系统的PID控制中，通过Simulink仿真验证了算法的有效性。结果表明，和常规PID控制相比，模糊PID控制具有良好的动静态品质。 关键词单容水箱液位; PID控制; MATLAB; Simulink; 模糊控制. PID control method in water level system of single-tank ABSTRACT With the development of technology, the control precision is more and more important. And the water level system of single-tank is a typical control target in process control. The article mainly deals with the water level system of single-tank. It establishes mathematics model for every part of the system, and uses the traditional PID to improve the function . But in actual industry，it’s hard to establishes precise mathematics model. So, it introduces fuzzy PID control in this system. The result suggests that fuzzy PID control is more suitable than the traditional one. KEY WORDS the water level of single-tank; PID control; MA TLAB ; Simulink; fuzzy control. 在工业过程控制中，被控量通常有：液位、压力、流量和温度。其中，液位控制是工业中常见的过程控制，广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱等受压容器的液位测量，是工业自动化的一个重要的组成部分。因此，对它进行研究有很高的价值。 单容水箱是一个自衡系统，自衡调节过程比较缓慢，液位很难达到预期值。加入闭环调整后，系统的性能有所改善。但是，实际过程中往往要求要求水箱系统超调小、响应快、稳态误差小。并且要求水箱在一定扰动下，即出水阀门打开后，液位能够平稳、快速、准确地恢复到一个恒定值。因此，在水箱液位控制过程中引入PID调节。 常规PID适用于数学模型容易确定的系统。理想模型下，引入PID调节后，系统的动态和静态性能改善。但是实际中，液位控制具有滞后、非线性、时变性、数学模型难以准确建立等特点。常规的PID控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化。而模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，但控制精度不太理想。如果将模糊控制和常规的PID控制结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例、积分、微分系数，就能更好地适应控制系统的参数变化和工作条件的变化。 本文主要对单容水箱闭环系统建立模型，分析其闭环系统、引入常规PID控制及引入模糊PID控制后的系统性能，并用MATLAB进行仿真。 1 单容水箱液位控制系统模型 1.1原理图 1.2系统闭环结构框图 负载阀 调节阀 电机浮子 减速器 电位器 图1单容水箱液位闭环控制系统
实验二(单容水箱液位PID控制实验)实验报告电子版
实验二（单容水箱液位PID控制实验）实验报告电子版电子科技大学中山学院学生实验报告系别: 机电工程学院专业: 自动化课程名称:过程控制与自动化仪表班级: 自动化姓名: 学号: 组别: 实验名称:单容水箱液位PID控制实验实验时间:2011-10- 成绩: 教师签名: 批改时间:2011-11- 实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。 3、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。 4、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置: GK-02、 GK-03、 GK-04、 GK-07(2台) 2、计算机系统 三、实验原理 1、单容水箱液位控制系统 图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图(自行绘出)
单容水箱液位控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任 务是使水箱液位等于给定值所要求的高度;并减小或消除来自系统内 部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作 方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地 应用。 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器 参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制 效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚 至会使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何 整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好 以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。图7-2单容液位控制系统结构图 注:实验报告应包括:实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。 系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。 一般言之，具有比例(P)调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分(PI).T( c)调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且2只要参数δ，Ti选择合理，也能使系统具有良好的动态性 31ess能。比例积分微分(PID)调节器是在PI 调节器的基础再 上引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改1善系统的动态性能(快速性、稳定性等)。在单位阶跃作
基于计算机的单容水箱液位控制系统
内蒙古科技大学信息工程学院测控专业毕业实习报告 题目：基于计算机的单容水箱液位控制系统 学生姓名： 学号： 专业：测控技术与仪器 班级：测控09-1班 指导教师：李文涛教授
引言 工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机、机器视觉等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。 本文介绍了组态王6.51软件的组成及应用, 数据输入PCI1710板卡与数据输出PCI1720板卡、JYB-G型压力变送器的计算机控制实验装置, 此次设计采用增量型PI算法控制水箱液位，使水箱液位的高度稳定在给定值。本文论述了基于组态王的单容水箱液位控制系统的原理，该设计由水箱、JYB-G型压力变送器、研华PCI1710输入与PCI1720输出板卡、电动调节阀以及组态王6.51软件组成的控制系统，进行了单容水箱对象特性的测试，从而求得其数学模型，并利用MATLAB软件进行了控制系统的仿真及分析。本设计通过安装在水箱底部的JYB-G 型压力变送器测量液位，PCI板卡接收来自压力变送器的测量信号以及输出送给调节器的控制信号，电动调节阀为执行器接收来自计算机的控制信号改变阀门的开度，改变进水量。用组态软件设计了一个很好的人机交互界面，通过该界面，我们可以实现启动、监控、设置PID参数、报警、历史及实时曲线的读取。运用计算机实现工业自动的虽然成本较高，但可以大大减少运用员工的成本以及对员工产生的意外事故。综上所述，本系统可以应用与实际生产中。虽然有些地方还不够完善，但我们会继续努力，在日后将其完善。
实验二、单容水箱液位PID整定实验
实验二、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000B1型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。 三、实验原理 图2-15 图2-15为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，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的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 四、实验内容和步骤 1、设备的连接和检查 1).关闭阀门00，往AE2000B1型过程控制对象的储水箱灌水，水位达到总高 度的90％以上时停止灌水。 2).打开以齿轮泵为动力的支路至A水箱的所有阀门（包括有：阀门R10、阀 门R18和阀门R11），关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门（包括有：阀门R19、阀门R13、阀门R12和阀门R14）。 3).打开A水箱出水阀（阀门R01），开至适当的开度。 4).检查电源开关是否关闭。 2、系统连线如图2-17所示：