实验报告：单容液位定值控制系统实验报告

单容水箱

其具体原理可用下图表示：

一、 液位控制系统的工作原理

当连杆位于电位器中点位置时，浮子电压为零，电压差为零，所以电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上，此时我们称系统达到平衡状态。

当连杆位于电位器中点位置偏上时，根据杠杆原理，箱内液面下降，此时电压差增大，使电动机工作，而控制闸门的开度，使入水量大于出水量，箱内液面逐渐升高，从而渐渐达到平衡状态。

当连杆位于电位器中点位置偏下时，根据杠杆原理，箱内液面上升，此时电压差减小，使电动机工作，而控制闸门的开度，使入水量小于出水量，箱内液面逐渐降低，从而渐渐达到平衡状态。

二、 液位控制系统原理框图

连杆，浮子 给定液位 实际液位

水池 阀门门 电位器 放大器 电动机 减速器 1

三、 自动控制系统各部分的数学模型的建立以及其传递函数

在本控制系统中，我们设Q1为进水量（平衡状态下的增量），Q2为出水量，Ho为平衡时的水面高度，H为液面实际高度（平衡状态下的增量），C为水箱的横截面积。

1) 电位计

独立工作没什么意义，我们把给定液面体现在电位器上，这就需要电位器和连杆，浮子一起工作，他们是一个整体，实际液面也通过电位器，连杆，浮子与给定电位比较，因为电位器体现的是电压的大小，而我们通过杠杆原理还有浮子，将液面高度与电压的关系联系起来，且两者的关系为正比关系，H（s）为液面高度的拉式变化，U（s）为电压的拉式变化，

Go（s）=Ku)(HU(S)S。

2) 电动机的数学模型

设)(tu为输入的控制电压)(V，i电枢电流)(A,M为电机产生的主动力矩)(mN•,为电机轴的角速度)/(srad ，L为电机的电感)(H，R为电枢导数的电阻)(，)(te电枢转动中产生的反电势)(V，J为电机和负载的转动惯量)(2mKg

根据电路的克希霍夫定理（KVL）：

)()(tutRidtdiL

单容水箱液位定值ＰＩＤ数字控制系统　

沈燕燕严伟灿王杰　

（绍兴欧力一卧龙振动机械有限公司，浙江上虞３１２３００）　

摘要：单容水箱液位定值ＰＩＤ数字控制系统主要采用数字ＰＩＤ控制单容水箱的液位高度。首先用压力变送器　实时采集单容水箱的液位高度，信号通过Ａ／Ｄ转换器实现信号离散化后通过ＴＨＢＸＤ数据采集卡输入到计算　机中。数字ＰＩＤ在计算机中用ＶＢＳｃｒｉｐｔ编程，所采集的信号通过数字ＰＩＤ控制，输出的信号通过Ｄ／Ａ转换器　和零阶保持器后输出ＰＷＭ信号，用所产生的ＰＷＭ控制驱动电机的转速进而控制微型水泵来控制水流量的大　小。这样实现对单容水箱液位的定值控制，准确达到所要求的液位高度，并具有良好的稳态性能和动态性能。　关键词：数字ＰＩＤ；单容水箱液位；定值；ＰＩＤ数字控制系统；水箱水位控制；ＰＩＤ控制算法　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１２）０６—０１２０—０３　

传统的水箱液位控制多采用包含手动控制方式的　

单回路控制，同时采用传统的指针式机械仪表来显示　

液位的当前值，如浮子式、磁电式、接近开关式、电　容式、声波式等。而２１世纪发展中的ＰＩＤ控制是～项　

先进的控制技术，即当被控对象的结构和参数不能完　

全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其　

它技术难以采用时，这时应用ＰＩＤ控制技术最为方便，　在单容水箱液位控制上具有良好的稳态性和动态性。　

一、ＰＩＤ数字控制系统对水箱水位的控制　

（一）控制流程图　

“　．｛　蛐　｝　

｝　

图１流程图　图２系统原理图　（二）数字控制系统原理图　图２为单容水箱单回路控制闭环系统。被控对象　为单容水箱。　控制器采用了工业过程控制中所采用的最广泛　

的控制器——ＰＩＤ控制器。通过计算机模拟ＰＩＤ控制　

规律直接变换得到的数字ＰＩＤ控制器，它是按偏差的　

比例（Ｐ）、积分（Ｉ）、微分（Ｄ）组合而成的控制　规律。　

用压力变送器实时采集单容水箱的液位高度，　信号通过Ａ／Ｄ转换器和保持器实现信号离散化后通过　

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湖南工程学院

系统综合训练报告

液位课题名称控制系统

专业班级

名姓

号学

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目录

一 概述………………………………………………………………1

二 硬件介绍说明……………………………………………………4

2.1 电动调节阀……………………………………………………4

2.2 扩散硅压力液位变送器……………………………………5

2.2 扩散硅压力液位变送器……………………………………5

2.4 远程数据采集模块 ICP-7017、ICP-7024 面板……………5

三．软件介绍说明…………………………………………………7

3.1工 艺 流 程 … … … … … … … … … … … … … … … … … …7

3.2 制作总体回路………………………………………………8

3.2 制作总体回路………………………………………………9

调试结果与调试说明………………………………………11四．

4.1调试说明：………………………………………………11

4.2调试结果…………………………………………………12

五．实训心得………………………………………………………12．

------------学资学习网-------提供考研资料------- 第章系统总体方案 1

在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲

器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进

出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽内的液

位需维持在给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不

产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过

滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水

单容水箱液位pid控制系统实验报告

本次实验以单容水箱液位PID控制系统为研究对象，通过实验来探究PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用。

实验采用的硬件设备包括一台多功能数据采集仪、一个电动水泵、一个水箱、一个液位传感器以及一台电脑。液位传感器负责实时监测水箱的液位高度，然后将液位信号传输给多功能数据采集仪，再通过电脑处理分析数据。电动水泵负责将水加入到水箱中，实现液位的上升。

在实验中我们需要采用PID控制算法对液位进行控制。PID控制器是由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）三个部分组成的一种常见的控制算法。比例控制器根据当前偏差值来进行控制，积分控制器主要解决由于比例控制器的积累误差，使系统达到静态稳态的需求，微分控制器则是对系统输出信号的变化率进行调整，在系统响应速度方面起到了重要的作用。PID控制器综合了三种控制器的优点，因此在工业自控领域中得到了广泛的应用。 在实验的开始，我们首先需要计算PID控制参数，包括比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。计算出这些参数之后，我们需要将它们输入到控制器中，使得控制器能够根据当前的液位值来进行控制。实验过程中，需要适当控制电动水泵的运行时间和运行速度，使得液位能够平稳地上升，同时又不超过设定的上限值。

在实验中，我们首先对比例系数进行了调整。我们发现当比例系数过大时，液位的波动会变得非常剧烈，表现为液位的快速上升和下降。当比例系数过小时，系统的响应速度将会比较慢，导致液位不能够很好地达到设定值。通过实验我们调整了比例系数，使得液位能够更加稳定地上升，并且在液位接近设定值时，系统能够迅速地响应。我们也对积分时间和微分时间进行了调整，并且通过分析实验数据，我们最终确定了比例系数为1.8、积分时间为0.2秒和微分时间为0.1秒。

通过本次实验，我们深入了解了PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用，也体验了PID控制系统参数调整的过程。我们相信，在实际工程中，PID控制系统的应用会带来更大的效益。