PID水箱液位控制

实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)一、实验目的1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。

2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。

3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。

二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。

三、实验原理一阶单容水箱PID控制方框图图为单回路上水箱液位控制系统。

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上水箱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EPA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下图中的曲线①、②、③所示。

P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线四、实验步骤(1)关闭出水阀,将CS4000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

单容水箱液位pid控制实验报告实验报告：单容水箱液位PID控制实验实验目的：本实验旨在通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证PID控制算法在液位控制中的应用效果，并了解PID控制器参数调节的方法和影响因素。

实验装置和仪器：1. 单容水箱：用于存放水并模拟液位变化。

2. 液位传感器：用于实时监测水箱的液位。

3. 控制器：采用PID控制器，用于调节水箱液位。

4. 电源和信号线：提供电力和信号传输。

实验步骤：1. 将水箱与液位传感器连接，并确保传感器能够准确测量液位。

2. 将PID控制器与液位传感器连接，建立控制回路。

3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。

4. 将控制器调至手动模式，并将控制器输出设定值调整为合适的初始值。

5. 开始实验，记录初始液位和控制器输出设定值。

6. 观察液位的变化，并记录实时液位值。

7. 根据液位变化情况，调整PID控制器的参数，使液位尽可能接近设定值。

8. 结束实验，记录最终液位和控制器参数。

实验结果：通过实验，我们得到了如下的结果和观察：1. PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，不同的参数组合会导致液位的不同响应和稳定性。

2. 比例系数P的增大可以增加控制器对液位误差的敏感程度，但过大的P值可能引起震荡或超调。

3. 积分时间I的增大可以减小稳态误差，但过大的I值可能导致震荡或系统不稳定。

4. 微分时间D的增大可以提高系统的动态响应速度，但过大的D值可能引起噪声干扰或导致系统不稳定。

5. 通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，使液位尽可能接近设定值并保持稳定。

结论：本实验通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证了PID控制算法在液位控制中的应用效果。

通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，并使液位保持稳定。

实验结果表明，PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，需要根据实际情况进行调整和优化。

单容量水箱液位pid控制实验报告一、实验目的本实验旨在通过单容量水箱液位pid控制实验，掌握PID控制器的基本原理及其在工程中的应用，熟悉液位传感器的使用方法，了解单容量水箱液位pid控制系统的组成和工作原理。

二、实验原理1. PID控制器PID控制器是一种用于工业过程自动化控制的常见算法。

PID是Proportional-Integral-Derivative（比例-积分-微分）三个英文单词的缩写。

PID算法通过对过程变量进行采样和比较，计算出误差，并根据误差大小进行调整。

其中比例项P、积分项I和微分项D分别代表了对过程变量偏差大小、偏差持续时间以及偏差变化率的反馈调整。

2. 液位传感器液位传感器是一种用于测量液体或固体物料高度或深度的设备。

常见的液位传感器有浮球式、压力式、电容式等多种类型。

本实验中采用电容式液位传感器进行测量。

3. 单容量水箱液位pid控制系统单容量水箱液位pid控制系统由水箱、液位传感器、PID控制器和执行机构（如电磁阀）组成。

系统的工作原理是：液位传感器采集水箱内的液位信号，将其转换为电信号并传输给PID控制器；PID控制器通过比较设定值和实际值之间的误差，输出相应的控制信号给执行机构，使其调节水箱内的水流量，从而维持水箱液位稳定在设定值。

三、实验步骤1. 搭建实验装置将单容量水箱与电磁阀、电容式液位传感器等连接起来，组成完整的单容量水箱液位pid控制系统。

2. 设置PID参数根据实际情况，设置合适的PID参数。

其中比例系数Kp、积分系数Ki 和微分系数Kd需要进行适当调整以达到最佳效果。

3. 进行实验测试将设定值设置为一定值，并记录下当前的反馈值。

根据反馈值计算出误差，并通过PID控制器输出相应的调节信号给执行机构。

随着时间的推移，观察液位是否能够稳定在设定值附近。

4. 调整PID参数如果发现液位不能够稳定地保持在设定值附近，需要对PID参数进行适当调整。

可以通过增大或减小比例系数、积分系数和微分系数来调整系统的响应速度和稳定性。

摘要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题,例如居民生活用水的供应,饮料、食品加工,溶液过滤,化工生产等多种行业的生产加工过程,通常需要使用蓄液池,蓄液池中的液位需要维持合适的高度,既不能太满溢出造成浪费,也不能过少而无法满足需求。

因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

PID控制(比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。

作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，调节阀为电动调节阀。

选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。

利用Matlab仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。

关键词：PID控制过程控制液位控制Matlab目录摘要I第一章绪论11．1过程控制的定义11．2过程控制的目的11．3过程控制的特点21．4过程控制的发展与趋势3第二章水箱液位控制系统的原理42．1 人工控制与自动控制42．2 水箱液位控制系统的原理框图52．3 水箱液位控制系统的数学模型6第三章水箱液位控制系统的组成93．1 被控制变量的选择93．2 执行器的选择93.3 PID控制器的选择123．4 液位变送器的选择14第四章PID控制规律164．1 比例控制164．2积分控制（I）194．3微分控制（D）194．4比例积分控制（PI）204．5比例积分微分控制（PID）20第五章利用MATLAB进行仿真设计215.1 MATLAB设计215.2 MATLAB设计任务215.3 MATLAB设计要求215.4 MATLAB设计任务分析225.4 MATLAB设计任务分析235.5 MATLAB设计内容285.5.1主回路的设计285.5.2副回路的设计285.5.3主、副回路的匹配295.5.4 单回路PID控制的设计305.5.5串级控制系统的设计35心得体会39参考文献40第一章绪论1．1过程控制的定义生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序进行的生产过程的自动控制。

精选文档过程控制系统课程设计基于PID的上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书1.设计内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。

具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。

2.设计要求1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。

2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数；5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试；6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。

3.参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章 PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

单容量水箱液位pid控制实验报告实验目的：通过单容量水箱液位PID控制实验，学习PID控制器的原理和调节方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。

实验器材：1. 单容量水箱2. 水泵3. 液位传感器4. 控制器5. 电脑实验原理：PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的控制器。

根据物体的反馈信号与设定值之间的差异，PID控制器会计算出相应的控制量，以使系统的输出信号趋近于设定值，从而实现对物体的控制。

实验步骤：1. 搭建实验装置：将单容量水箱与水泵和液位传感器连接，将控制器与电脑连接。

2. 设置实验参数：根据实验需求，设置控制器的比例增益、积分时间常数和微分时间常数，并将设定值设定为所需的液位。

3. 开始实验：启动水泵，观察水箱液位的变化，并记录在实验报告中。

4. 数据分析：根据液位传感器的反馈信号，计算实际液位与设定值之间的差异，并根据PID控制器的算法计算出相应的控制量。

5. 调整控制参数：根据实验数据分析的结果，调整PID控制器的参数，如增大比例增益、调整积分时间常数和微分时间常数，再次进行实验。

6. 重复步骤3-5，直到达到所需的控制效果。

实验结果与分析：根据实验数据，绘制出液位随时间变化的曲线图。

通过分析曲线形状和数据变化趋势，判断控制系统的稳定性和响应时间。

如果液位在设定值附近波动较小，并且响应时间较短，则说明PID控制系统的参数调节较为合适。

结论：通过单容量水箱液位PID控制实验，我们学习了PID控制器的原理和调节方法，并掌握了PID控制器在液位控制中的应用。

同时，我们还了解到PID控制器的参数调节对控制系统的稳定性和响应时间有很大影响，需要通过实验数据的分析来进行参数调整。

这些知识和技能对于后续的控制系统设计和实施有着重要的指导意义。

水箱液位控制PID的MATLAB参数整定及仿真摘要：PID控制器主要针对控制对象来进行参数调节。

PID的归一参数整定法和试凑法费时，费力。

针对这一问题，探讨MATLAB实现PID参数整定及仿真，同时观察控制参数对PID控制规律的影响。

关键词：PID；参数整定；仿真1 引言PID控制器又称为PID调节器，是按偏差的比例P、积分I、微分D进行控制的调节器的简称，它主要针对控制对象来进行参数调节。

因为它算法简单、稳定性好、工作可靠、鲁棒性好，在工程上易于实现，但PID控制器的参数整定方法复杂，通常采用PID归一参数法和试凑法来确定，但较费时、费力。

针对这一问题，文中探讨用MATLAB实现PID参数整定及仿真的方法及控制参数对PID控制规律的影响。

利用MATLAB强大的计算仿真能力，解决了利用试凑法来整定参数浩繁的工作，可以方便、快速地找到使系统达到满意性能指标的参数。

2 PID控制器的原理与算法图1是典型PID控制系统结构图。

在PID调节器作用下，对误差信号分别进行比例、积分、微分控制。

PID控制算法的模拟表达式为μ (t) =Kp [ + +Td de(t) dt ]相应的传递函数为：Gc(s)= Kp(1 +S + TdS)3 水箱水位调节系统：一个典型的水箱水位自动控制系统如下图所示。

这个水位控制系统中，水池的进水量Q1来自手动控制开度的进水阀门，通过调节出水阀门调节出水量Q2，使水箱水位保持设定水位不变。

这个系统是个典型单冲量自动调节系统，在该系统中：系统中各组成单元的模型如下：水箱对象模型：G(s)=液位传感器：量程0~40cm执行阀：对应0~100%开度系统的方框图如图所示：4 PID控制器的MATLAB仿真PID控制器的参数Kp、Ti、Td分别对系统性能产生不同的影响。

在控制过程中如何把Kp、Ti、Td 3参数调节到最佳状态，需要深入了解PID控制中3参数对系统动态性能的影响。

下面讨论水箱水位调节系统中当一个参量发生变化，对应曲线的实时变化。

双容水箱PID液位控制系统的仿真概述本文档介绍了双容水箱PID液位控制系统的仿真。

双容水箱PID液位控制系统是一种常见的工控系统，它能够自动控制水箱液位，保持水箱水位稳定。

通过仿真，可以帮助了解这种控制系统的原理、工作流程以及控制效果的评估。

功能•自动控制水箱液位，维持液位稳定•实时监测水箱液位•能够进行PID控制，控制精度高环境•软件平台：MATLAB/Simulink•环境要求：–MATLAB2018a及以上版本–Simulink库中带有相关的工控控制、信号处理和仿真工具箱设计步骤1.建立模型双容水箱PID液位控制系统的基本模型包括水箱、液位传感器、执行器和控制器。

我们需要在Simulink中建立这个模型。

模型中主要包含以下子系统：•水箱：在模型中建立一个水箱模块，用于模拟水箱的液位变化。

•液位传感器：创建一个液位传感器模块，通过采集水箱液位数据，将数据通过信号传输到系统的控制器。

•执行器：建立一个执行器模块，用于控制液位泵的启动和关闭。

•PID控制器：创建一个PID控制器模块，用于根据传感器采集的数据，计算出液位偏差，并根据偏差调节液位泵的运行状态。

2.建立信号连接连接各个模块之间的信号可以让模型正常运行，实现自动控制水箱液位的目的。

在模型中，应确保信号连接正确、完整，否则控制效果将大为降低。

3.设置参数在建立信号连接后，需要对各个模块的参数进行设置，确保模型的控制效果满足要求。

例如，PID控制器的比例、积分、微分系数等参数需要调整到合适的值，才能更好的实现水箱液位的控制。

4.进行仿真设置好模型参数后，可以进行仿真。

仿真可以模拟系统的实际运行情况，帮助了解控制器的控制效果，评估系统的性能。

在本文档中，我们介绍了双容水箱PID液位控制系统的仿真。

通过建立模型、建立信号连接、设置参数和进行仿真等步骤，可以更好地了解这种控制系统的原理，并对其控制效果进行评估。

本文档旨在提供帮助，方便工程师和研究者深入了解水箱液位控制系统的设计、实现及其相关技术。

双容水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律2、学习串级PID控制系统的组成和原理3、学习串级PID控制系统投运和参数整定二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Window 2000 Professional 操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。

两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。

本仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：图17－1 本仿真系统的双容水箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。

使它保持平稳使控制的主要目的副变量：y2称副变量。

它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上水箱主对象：下水箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。

串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。

但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。

串级控制系统的主要优点有：1）副回路的干扰抑制作用发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作用副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。