双容水箱特性的测试实验报告

《过程控制系统设计》

课程实验报告

2018年4月19日

实验一 双容水箱对象特性测试实验

一、实验目的

1、 了解双容对象的动态特性及其数学模型； 2、 熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理； 3、 掌握双容水箱特性的测定方法。

二、实验设备

1、 四水箱实验系统 DDC 实验软件； 2、 PC 机（Window XP 操作系统）； 3、CS4000型过程控制实验装置。

三、实验原理

本次实验主要是求取对象的飞升曲线或方波响应曲线。飞升曲线是在输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。在获得特性曲线的基础上，进行分析获得相应的对象特性。

飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下： A、选择工作点

给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定 B、测绘飞升曲线

让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时间变化的曲线 C、获得对象的动特性

假定在输入量变化量为 Δu 时测绘的飞升曲线如下图所示：

四、实验内容

获得2个上阶跃、2个下阶跃和1个矩形方波共5组的响应曲线，记录过程

数据并处理。

现场接线图和设备连接图

五、数据记录

阀门开度为40%，达到初始平衡状态时

“过程控制系统设计”

实物实验报告

实验名称：双容水箱对象特性测试及 PID 控制实验

姓 名： 学 号： 班 级： 指导老师：

同组人：

实验时间：2013 年5 月30 日

一、实验目的

1、了解双容对象的动态特性及其数学模型 2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理 3、掌握双容水箱特性的测定方法

4、学习双容水箱液位 PID 控制系统的组成和原理 5、熟悉 PID 的调节规律

6、掌握 PID 控制器参数的整定方法

二、实验设计（画出“系统方框图”和“设备连接图”） 控制系统1、双容对象特性实验测定法原理

本次实验需要求取对象的飞升曲线（即阶跃响应曲线）或方波响应曲线。飞升曲线是在 输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉 冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。在获得特性曲线的基础上，进行分析获得 相应的对象特性。

双容对象飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下： （1） 选择工作点

给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定 （2） 测绘飞升曲线

让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时

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

工程训练——双容水箱PID控制

目 录

摘 要--------------------------------------------------------------- 2

一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 -------------------------- 4

二．被控对象的分析与建模-------------------------------------------- 6

三．PID参数整定方法概述 -------------------------------------------- 8

3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析 ------------ 8

3.1.1 比例作用----------------------------------------------- 8 3.1.2 积分作用----------------------------------------------- 9 3.1.3 微分作用----------------------------------------------- 9 3.2 PID参数的整定方法------------------------

基于fuzzy---pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真

目 录

摘 要--------------------------------------------------------------- 2

第一章．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 ---------------------- 3

第二章．被控对象的分析与建模---------------------------------------- 5

第三章．PID参数整定方法概述 ---------------------------------------- 7

3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析 ------------ 7

3.1.1 比例作用----------------------------------------------- 7 3.1.2 积分作用----------------------------------------------- 8 3.1.3 微分作用----------------------------------------------- 8 3.2 PID参数的整定方法--------------------------

第二节 双容水箱特性的测试

一、实验目的

1．掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法；

2．根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，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的实现过程。 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的水箱相串联组成，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的过程。根据本章第一节单容水箱特性测试的原理，可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：

G(s)=G1(s)G2(s)=

k1k2K (2-9) ??T1s?1T2s?1(T1s?1)(T2s?1)式中K＝k1k2，为双容水箱的放大系数，T1、T2分别为两个水箱的时间常数。 本实验中被测量为下水箱的液位，当中水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图2-10所示。由图2-10可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数（图2-10 (a)）；而下水箱液位的响应曲线则

目 录

摘 要--------------------------------------------------------------- 2

第一章．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 ---------------------- 3

第二章．被控对象的分析与建模---------------------------------------- 5

第三章．PID参数整定方法概述 ---------------------------------------- 7

3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析 ------------ 7

3.1.1 比例作用----------------------------------------------- 7 3.1.2 积分作用----------------------------------------------- 8 3.1.3 微分作用----------------------------------------------- 8 3.2 PID参数的整定方法------------------------------------------- 9

实验一一阶单容上水箱对象特性测试实验

实验一 一阶单容上水箱对象特性测试实验

一．实验目的

1.熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

2.根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二．实验设备

AE2000A型过程控制实验装置。配置：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．系统结构框图

单容水箱如图1-1所示：

图1-1、 单容水箱系统结构图

四．实验原理

阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。单容

实验一一阶单容上水箱对象特性测试实验

水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定

于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：

在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：

式中，T为水箱的时间常

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要

目 录

摘 要.............................................................. Ⅰ 2 被控对象建模...................................................... 2

2.1 水箱模型分析 ................................................ 2 2.2 阶跃响应曲线法建立模型 ...................................... 3 3 系统控制方案设计与仿真............................................ 7

3.1 液位串级控制系统介绍 ........................................ 7 3.2 PID控制原理 ................................................. 7 3.3 系统控制方案设计 .............

过程控制及仪表实验报告

成绩：

实验名称： 实验二 一阶单容上水箱对象特性测试实验

仿真实验：PID参数整定

实验小组： A大组第二小组 组员姓名： __ _____ ____ 组员学号： _________ 指导老师： _____ ___ __ 实验日期： __ 2015/5/9 _____ ______ _

信息工程学院自动化系

过程控制及仪表实验报告

一 实验名称

1、一阶单容上水箱对象特性测试实验 2、仿真实验：PID参数整定

二 实验目的

1． 2． 3． 4．

认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。 测试一个水箱的对象特性。 学会PID参数整定的基本原则。

使用稳定边界法和衰减曲线法去整定参数。

三 实验原理

阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲