单容水箱液位定值控制实验

实验5 双容水箱液位定值控制实验

一、实验目的

1、掌握多容系统单回路控制的特点

2、深入了解PID控制特点。

3、深入研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备

A3000现场系统，任何一个控制系统。

三、实验原理与介绍

1、系统结构

水从中水箱进入，中水箱闸板开度8毫米，进入下水箱，下水箱闸板开度5-6毫米。要保证中水箱闸板开度大约下水箱闸板开度，这样控制效果好些。水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过闸板来改变。被调量为下水位H。如图5-3-1所示。

实际上，可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制压力，效果可能更好。 图5-3-1 双容水箱液位定值控制实验

2、控制逻辑结构

双容水箱液位控制系统如图5-3-2所示。

图5-3-2 双容水箱液位定值控制实验逻辑图

这也是一个单回路控制系统，它与上一个实验不同的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

单容水箱液位过程控制实验报告

一、实验目的

1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。

2、掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。 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PID调节器对液位、水压控制的作用。

本实验采用计算机PID算法控制。首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。

2.2 被控对象

本实验是单容水箱的液位控制。被控对象为图1中的上水箱，控制量为流入水箱的流量，执行机构为调节阀。

由图1所示可以知道，单容水箱的流量特性：

水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。所以，若阀V6开度适当，在不溢出的情况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。

三、电动调节阀流量特性物理模型

电动调节阀包括执行机构和阀两个部分，它是过程控制系统中的一个重要环节。电动调节阀接受调节

单容水箱液位过程控制实验报告

学号：

姓名： 教师：

一、实验目的

一、 二、 三、 四、 了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。

掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。 研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 了解PID调节器对液位、水压控制的作用。

二、单容水箱系统模型 上水箱下水箱计算机调节器储水箱 三、电动调节阀流量特性物理模型 电动调节阀包括执行机构和阀两个部分，它是过程控制系统中的一个重要环节。电动调节阀接受调节器输出4～20mADC的信号，并将其转换为相应输出轴的角位移，以改变阀节流面积S的大小。图2-9为电动调节阀与管道的连接图。

图中：

u----来自调节器的控制信号（4～20mADC）

θ---阀的相对开度 s ---阀的截流面积

q----液体的流量

由过程控制仪表的原理可知，阀的开度θ与控制信号的静态关系是线性的，而开度θ与流量Q的关系是非线性的。

四、单容水箱系统PID控制规律及整定方法

PID控制规律

选择系统调节规律的目的，是使调节器与调节对象能很好地匹配，使

武汉理工大学《过程控制与仪表》课程设计说明书

目录

1.设计题目 ............................................................................................................... 2 2.设计任务 ............................................................................................................... 2 3.设计任务分析 ....................................................................................................... 2 4.设计内容 ............................................................................................................... 5 5.设计总结 ..................

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：双容水箱液位控制系统

学生姓名：

学 号：

专 业：

班 级：

指导教师：

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测

试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对

题目：双容水箱液位流量串级控制系统设计

1.设计任务

如图1所示的两个大容量水箱。要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。

水箱2

图1 系统示意图

2.设计要求

1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

2） 假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果；

3） 假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果；

4） 在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。

3. 设计任务分析

（1）液位控制系统是以改变进水大小作为控制手段，目的是控制下水箱液位处于一个稳定值。

（2）单回路控制系统：对于此系统，若采用单回路控制系统控制液位，以液位主控制信号反馈到控制器PID，直接去控制进水阀门开度，在无扰动情况下可

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：双容水箱液位控制系统

学生姓名：

学 号：

专 业：

班 级：

指导教师：

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测

试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对

目录

1绪论 ....................................................................................................................................................... 2 1.1 过程控制发展概况 ..................................................................................................................... 2 1.2 MATLAB介绍 .............................................................................................................................. 2 2 建立被控对象模型 .................................................................................

温州职业技术学院

毕业综合实践

课题名称： 双容水箱液位控制系统设计

作 者： 学 号：

系 别： 电气电子工程系 专 业： 电气自动化

指导老师： 专业技术职务

2016 年 3 月 浙江温州

课 题 摘 要 在工业生产中，液位控制通常具有滞后性、大惯性和时变性等特点，所以实现液位控制的快速性和稳定性，对于提高产品质量和生产效率有很重要的现实意义。 本课题针对液位控制系统的特点及实现快速、稳定的液位控制在现实工业生产中的意义，设计了一个双容水箱液位控制系统。其中运用到传感器、采集卡检测液位，并采用了PLC的AD/DA转换模块将数字量转换成模拟量输出。 本系统PID参数在整定的设置和范围，使最终系统无稳态误差，无超量调节，各项指标均满足设计要求。本系统实现简单，硬件要求不高，且能对液位进行实时显示，具有控制过程的特殊性，本设计提出了一种基于PID算法来实现双容水箱液位控制系统，主要是为了达到生产过程中对液位控制速度快，稳定性高等特点。 关键词 PID

第二节双容水箱特性地测试

一、实验目地

1．掌握双容水箱特性地阶跃响应曲线测试方法；

2．根据由实验测得双容液位地阶跃响应曲线,确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；

3．掌握同一控制系统采用不同控制方案地实现过程. 二、实验设备<同前） 三、原理说明

图2-9 双容水箱对象特性测试系统

(a>结构图 (b>方框图

由图2-9所示,被测对象由两个不同容积地水箱相串联组成,故称其为双容对象.自衡是指对象在扰动作用下,其平衡位置被破坏后,不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身重新恢复平衡地过程.根据本章第一节单容水箱特性测试地原理,可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型地乘积,即双容水箱地数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：b5E2RGbCAP G(s>=G1(s>G2(s>=

k1k2K (2-9> ??T1s?1T2s?1(T1s?1)(T2s?1)式中K＝k1k2,为双容水箱地放大系数,T1、T2分别为两个水箱地时间常数. 本实验中被测量为下水箱地液位,当中水箱输入量有一阶跃增量变化时,两水箱地液位变化曲线如图2-10所示.由图2-10可见,上水箱液位地响应曲线为一单调上升地指数函数<图2-10 (a>）；而下水箱液位地响应曲线则呈S形曲