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
单容水箱液位PID控制流程图如图14所示，采用右边支路进行实验，左边支路也是一样的。
JV22SPLICA103H L调速器液位LT103V3JV21JV26P102V4
图14 单容水箱液位调速器PID单回路控制
PID参数的作用 （1）比例调节的特点：
1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。 （2）积分调节的特点：
积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。 （3）微分调节的特点：
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微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。
传感器及变送器 图15 液位控制系统方框图
控制器 变频器 液位
4.1.2实验步骤
1、在现场系统上，打开手阀JV22（即进水阀），调节JV26（即出水阀）开度到45%，其余阀门关闭。
2、在控制系统上，将IO面板的水箱液位输出连接到AI0，IO面板的电动调速器U102控制端连到AO1。
3、打开设备电源。
4、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。
5、系统稳定后可将调节器的手动控制切换到自动控制。
6、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。
7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现，也可以通过支路1增加干扰，或者临时改变一下出口闸板的高度)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 9、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
10、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
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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。
图16 液位控制P调节器
图16.1 液位控制P调节器响应曲线
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图17 液位控制PI调节
图17.1 液位控制PI调节响应曲线
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4.1.3结果分析
P调节（比例调节）可以加快系统响应速度，但存在余差，系数过大时会振荡。
PI调节（比例积分调节）响应速度快，能够消除余差。当积分作用过大时会发生振荡。
PID调节（比例积分微分调节）响应速度最快，但参数整定复杂。
经整定，该系统为PI调节器，K=1，Ti=10，Td=0.
以上参数经过经验整定法，按P到PI再到PID的顺序依次对三个参数进行整定，分别选择使得响应曲线的动态特性及稳态特性最优的参数作为最终参数。达到超调量较小，调节时间较短，余差最小的目的。
4.2流量控制（选做） 4.2.1实验原理
流量调速器控制流程图如图18所示。采用右边支路进行实验，左边支路也是一样的。
H LSPFICA102流量FT102JV22V3调速器JV26JV21P102V4
图18 流量调速器PID单回路控制
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