过程控制实验二一阶单容上水箱对象特性测试实验解析

1-4、实验软件界面

4）、双击设定输出按钮，进行设定输出值的大小，或者在仪表手动状态下，按住仪表的STOP键将仪表的输出值上升到所想设定的值，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设定值<35。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参数液位高度控制在30%处（一般为10cm）。

5)、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录调节仪输出值，

6）、迅速增加仪表手动输出值，增加5%的输出量。

7）、直到进入新的平衡状态。

五 实验要求

1.作出一阶环节的阶跃响应曲线。

2. 如果仅有比例控制，对控制系统有什么影响？

答：比例控制的优点是控制及时，反应灵敏，偏差越大，控制力度越大，但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

3. PID控制较PI和PD控制的优势。

答：比例积分（PI）控制

比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、

压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。

比例微分（PD）控制

比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。

比例积分微分（PID）控制

最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。 当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果

六 实验结果

1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。

2、（1）稳定边界法

δpr=6.6% Tpr=2.9s

P PI PID δ/(%) 13.3% 14.7% 11.3% Ti/min --- 2.0s 1.45s Td/min --- --- 0.36s （1） 附注：当令Ti=∞ Td=0，比例带δ置较大，使系统投入运

行，待系统稳定后，逐渐减少比例带，直至等副振荡，记下δpr值等于6.6% ，和两波峰间的时间间隔Tpr等于2.9s，对应的等幅振荡如下图1所示

图1

①MATLAB仿真图：

δ=13.3%(PID参数设计中的kp=7.5) 响应曲线：

②MATLAB仿真图：

δ= 14.7%(PID参数设计中的kp=6.8) Ti=2.0s 响应曲线：