北京科技大学自动化学院 自动化生产线实训实验报告
4单容水箱PID控制
4.1液位控制 4.1.1实验原理
实验使用西门子S7-200作为PID控制器，组态王可以调整PID的参数。 压力传感器获取液位参数后，经比较得到设定值与实际值的比较得到误差信息，再经过PID运算后，得到一个控制输出量，控制阀门的开度。经过调整，最后液位达到设定值。 液位设定
PID控制器 阀门 液位 图 液位PID控制框图
4.1.2实验步骤
1、启动计算机组态软件，进入实验项目界面。启动调节器，设置各项参数。启动右边水泵P102和调速器。
2、系统稳定后可将调节器的手动控制切换到自动控制。
3、设置比例参数。观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。
4、选定纯P的控制器，待系统稳定后改变设定值，然后测量余差。 a) P =2的时候，余差为10
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图 P = 1时的阶跃响应
b) P =4的时候，余差为6
c) P =10的时候，余差为0（振荡）
5、I整定，选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。于是在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数不是特别大的数。固定比例P值，改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。
a)Ti = 0.5时，超调量为23.3%
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b)Ti=2时，超调量为6.7%
c) Ti=1.2时，超调量为16.7%
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5、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。这里选择K = 2，Ti = 2
a)Td=100
b)Td = 10
d) Td = 5
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5、经过比对，选择参数K = 2 Ti = 2 Td = 5可以得到比较满意的参数。
4.1.3结果分析
a)P对系统的影响，从上述的纯P控制器的规律可以看出，P决定了系统的响
应速度，另外，增大P可以减小余差，但是当P增加到余差接近于零时，系统振荡很严重，所以单纯的增大P不能用于减小系统误差。
表-纯P控制下P对系统的影响
P 稳定时间/s 稳态误差/%
2 35 10 4 28 6 10 20（振荡） 0（振荡） b)I对系统的影响，从上述的PI控制器与纯P控制器对比，当P相等时，有
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