貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)院：電氣工程貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：電氣工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱-階、二階系統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)實(shí)1)

驗(yàn)2)目3）的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱-階、二階系統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)實(shí)1)

驗(yàn)2)目3）的熟悉單回路雙容液位控制系統(tǒng)的組成和工作原理。研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時(shí)的控制性能。定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)

要

求采用集中授課形式，以教師講授實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟、學(xué)生動(dòng)手操作為主。圖2」、雙容水箱液位控制系統(tǒng)的方框圖姓名左洋洋學(xué)號(hào)1308010015實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015.12.18指導(dǎo)教師陳老師成績(jī)專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)：測(cè)儀131圖2-1為雙容水箱液位控制系統(tǒng)。這也是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，它是有兩個(gè)水箱相串聯(lián)，控制的目的是使下水箱的液位高度等于給定值所期塑的高度；具有減少或消除來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動(dòng)的影響。顯然，這種反饋控制系統(tǒng)的性能完全取決于調(diào)節(jié)器Gc（S）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的合理選擇。由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。對(duì)于階躍輸入（包括?階躍擾動(dòng)），這種系統(tǒng)用比例（P）調(diào)節(jié)器去控制，系統(tǒng)有余差，且與比例度成正比，若用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器去控制，不僅可實(shí)現(xiàn)無(wú)余差，而且只要調(diào)節(jié)器的參數(shù)§和Ti調(diào)節(jié)得合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微

分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的控制作用，從而使系統(tǒng)既無(wú)余差存在，又使其動(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)一步改善。實(shí)驗(yàn)儀器TKGK-1實(shí)驗(yàn)臺(tái)、萬(wàn)用表、秒表.實(shí)驗(yàn)步驟一）、比例（P）調(diào)節(jié)器控制1） 、按圖2-1所示的結(jié)構(gòu)接成單回路的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其中被控對(duì)彖是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。2） 、把調(diào)節(jié)器置于“手動(dòng)”狀態(tài)，其積分是時(shí)間常數(shù)置于最人處，微分作用開關(guān)設(shè)在“關(guān)”的位置，比例度設(shè)置于最人值處，“正-反”開關(guān)拔到“反”的方向，即此時(shí)的調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)（P）。3） 、啟動(dòng)工藝流程并開啟相關(guān)儀器和計(jì)算機(jī)程序，在開環(huán)狀態(tài)下，利用調(diào)節(jié)器的手動(dòng)操作開關(guān)把被調(diào)量調(diào)到給定值（一般把液面高度控制在水箱高度的50%處）。4） 、觀察計(jì)算機(jī)顯示屏的曲線，待被調(diào)量基本穩(wěn)定于給定值后，即可將調(diào)節(jié)器的開關(guān)由“手動(dòng)”位置拔到“自動(dòng)”狀態(tài)，使系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)控制運(yùn)行。5） 、待系統(tǒng)的輸出趨于平衡不變后，加入階躍擾動(dòng)信號(hào)（一般可通過改變?cè)O(shè)定值的人小來(lái)實(shí)現(xiàn)），經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，系統(tǒng)進(jìn)入了新的平衡狀態(tài)。利用秒表和LT2液位指示儀表記錄整個(gè)過渡過程曲線，計(jì)算系統(tǒng)的余差5和超調(diào)量op的人小。（二）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1） 、在比例調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加上積分作用，即把“I”（積分）由最人處（“關(guān)”）旋至中間某一位置，觀察被控制量是否能回到原設(shè)定值的位置，以驗(yàn)證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下，系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)無(wú)余差存在。2） 、固定比例度§值（中等大?。?，給定一積分時(shí)間Ti值。然后加一階躍擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線、調(diào)節(jié)時(shí)間ts、超調(diào)量a”

注意：過小的§和過小的Ti都可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（三）、比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）控制1） 、在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把D打開。然后加上與前面實(shí)驗(yàn)幅值完全相等的擾動(dòng)，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線，并與實(shí)驗(yàn)（二）PI控制卜的曲線相比較，以看出微分D對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2） 、選擇合適的§、Ti和Td,使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從50%增至60%來(lái)實(shí)現(xiàn)）。實(shí)

驗(yàn)

內(nèi)

容（一） 、比例（P）調(diào)節(jié)器控制實(shí)

驗(yàn)

內(nèi)

容（二） 、比例枳分調(diào)節(jié)器（PI）控制（三） 、比例枳分微分調(diào)節(jié)器（PID）控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)8.27.35實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)8.27.357.8 7.757.71 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15P7.757.887.988.028.18.138.148.158.168.158.168.158.158.158.15PI8.0010.209.7810.1210.089.919.8210.309.8910.2810.219.8610.299.849.9110.099.8310.03PLD11.5112.1112.2512.312.111211.8911.8612.1512.111.91212.0812.0112.0612.0712.0812.1

PID11.211 懇$$睜少曲爐爭(zhēng)少屛於屛少

思考題1） 、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在運(yùn)行前應(yīng)做好哪些準(zhǔn)備工作？答：1＞了解實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法，閱讀裝置的說明；根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行線路的連接；2＞調(diào)整零點(diǎn)，調(diào)整量程，使其在所需范1制內(nèi)。3＞根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察水箱的水位計(jì)調(diào)整相應(yīng)的設(shè)定值。2） 、為什么雙容液位控制系統(tǒng)比單容液位控制系統(tǒng)難于穩(wěn)定？答：因?yàn)殡p容的相當(dāng)于兩個(gè)單容的串聯(lián)，變成了二階系統(tǒng)，輸出可能會(huì)震蕩，單容的是一階系統(tǒng)，輸出是指數(shù)單調(diào)收斂的。3） 、有人說：由于積分作用增強(qiáng)，系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定，為此在積分作用增強(qiáng)的同時(shí)應(yīng)增大比例度你認(rèn)為對(duì)嗎？為什么？答：因?yàn)楫?dāng)積分作用增強(qiáng)時(shí)，積分控制器輸出變化量增人，根據(jù)比例度公式可知比例度會(huì)減小，這樣會(huì)引起誤差，所以要增大比例度。4） 、試用控制原理的相關(guān)理論分析PID調(diào)節(jié)器的微分作用為什么不能太人？答：微分作用太大可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，但對(duì)噪聲干擾有放人作用。5） 、為什么微分作用的引入必須緩慢進(jìn)行？這時(shí)的比例度§是否要改變？為什么？答：一步一步來(lái)是為了后面求積