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单容水箱液位过程控制综合报告 自动化专业实验 单容水箱液位过程控制综合报告 I. 实验目的 一、 了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。 二、 掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。 三、 研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 四、 了解 P、PI、PD和 PID四种调节器分别对液位控制的作用。 II. 单容水箱系统模型 一、 单容水箱物理模型 单容水箱的结构图如下： 由图 2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位 H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q1，手动阀 V1和 V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 10200QQ （1） 动态时，则有 12dVQQdt （2） 式中 V为水箱的贮水容积，dtdV 为水贮存量的变化率，它与 H的关系为 AdhdV ，即dVdhAdtdt （3） A为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得 12dhQQAdt （4） 基于 Q2=SRh ，RS为阀 V2的液阻，则上式可改写为 1ShdhQARdt 即 1sdhARhK Qdt 或写作 1( )( )1H sKQsTS （5） 式中sTAR，它与水箱的底积A和 V2的RS有关；sKR。 二、 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 2-9 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。 III. 单容水箱系统PID 控制规律及整定方法 一、 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，使组成的控制系统能满足工艺上所提出的动、静态性能指标的要求。 1、比例(P)调节 纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快速。由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。 2、比例积分(PI)调节 PI调节器的积分部分能使系统的类型数提高，有利于消除静差，但它又使PI调节器的相位滞后量减小，系统的稳定性变差，其传递函数为 GC(S)=KP(1+ST I1) 这种调节器在过程控制中是应用最多的一...