湖北大学汉口校区-湖北大学汉口校区
塔釜液位控制实验
题目：
P
、
PI
和
PID
调节
指导老师：
陈海洋
< br>班级：
11
级生产过程自动化
1
班
姓名：
李增兴
学号
：
1106160106
< p>时间
：
2013
年
11
月
20
日
实验二、塔釜液位控制实验
一、实验目的
1
）、通过实验 熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2
）、分 析分别用
P
、
PI
和
PID
调节时的过程图形曲线。
3
）、定性地研究< /p>
P
、
PI
和
PID
调 节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
精馏系统实验装置，
PC
机
, DCS
控制系统，
DCS
监控软件。
三、实验原理
给定
+
差压变送
扰动
─
PID
控制器
变频调节
塔釜液位
液位
图
2-1
、实验原理图
图
2-1
为单回路液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象 上用一个
调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制
一个
执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制
塔釜
液位
等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环
反馈单回路液位控制，采用
DCS
系统控制。当调节方案确定之后，接下 来就是整定调节器的参数，一个单回路系统
设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器
参数选择有着很大的关系。合适的控制
参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参
数选择得不合适，则会使控制质量
变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系
统的投运和参数整定是十分重
要的工作。
一般
言之，用比例（
P
）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会
影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（
PI
）调节器，由
于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，
Ti
调节合理，也能使系统
具有良好的动态性能。比例积分微分
（
PID
）调节器是在
PI
调节器的基础上再引入 微
分
D
的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统 的动态性能（快速性、稳定性
等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后
都能改善系统品质，对于
容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量
系统，加入微分作用
后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下
，
P
、
PI
、
PID
调
节系统的阶跃响应分别如图
2-2
中的曲线①、②、 ③所示。
图
2-2
、
P
、
PI
和
PID
调节的阶跃响应曲 线
四、实验内容和步骤
1)
设备的连接和检查：
（<
/p>
1
）、将精馏系统实验对象的塔釜注水。进料泵打开，原料罐与水箱连接处手阀打< /p>
开，塔釜残液出水阀打开，水箱冷凝水泵打开；塔釜出水进水箱，水箱的水进原料罐
（
2
）、启动实验装置软件，启动实验软件进 入监控画面。
（
3
）、点击“塔釜液位 控制”，并进入调整画面。
2)
在上位机软件界面用 鼠标点击调出
PID
窗体框，用鼠标按下自动按钮，在“设定
值”栏中输入设定的液位。
3)
比例调节控制
（
1
）设 定给定值，调整
P
参数。
（
2
）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰 动，一般可通过
改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误
差，并记录
余差大小。
（
3< /p>
）、减小
P
重复步骤
2
，观察过渡过 程曲线，并记录余差大小。
（
4
）、增 大
P
重复步骤
2
，观察过渡过程曲线，并记录余差 大小。
（
5
）、选择合适的
< p>P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定
值由
50
％变为
60
％），同样可以得到 一条过渡过程曲线。
(6)
、注意：每当做完一次试验 后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
4)
比例积分调节器（
PI
）控制
< br>(1
）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置
I
参数不为
0
，观察被控制量是否能回到设定值，以验证
PI
控制下，系统对阶跃扰动无余差存
在。
< /p>
(2
）、固定比例
P
值，改变
PI
调节器的积分时间常数值
Ti
，然后观察加阶跃扰
动后被调量的输出波形，并记录不同
Ti
值时的超调量σ
p
。
表一、不同
Ti
时的超调量σ
p
积分时间常数
Ti
超调量σ
p
大
10%
中
32%
小
52%
(3
）、固定
I
于某一中间值，然后改变
P
的大小，观察加扰动后被调量输出的动
态波形，据此列表记录不同值
P< /p>
下的超调量σ
p
。
表二、不同δ值下的σ
p
比例
P
大
中
小
超调量σ
p
55%
38%
26%
(4
）、选择合适的
P
和
Ti
值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的
过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由
50%
变为
60%
）来获得。
5)
比例积分微分调节（
PID
）控制
(1)
、在
PI
调节器控制实验的基础上，再引入适量 的微分作用，即把软件界面上
设置
D
参数，然后加上与前 面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动
态曲线。
(2)
、选择合适的
P
、
Ti
和
Td
，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线
（阶跃输入可由给定值从
50%
突变至
60%
来实现）。
(3)
、在历史曲线中选择一条 较满意的过渡过程曲线进行记录。
五．实验报告要求
1
）、作出
P
调节器控制时，不同
P
值下的阶跃响应曲线。
P=200%
时的阶跃响应曲线：
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