单容水箱液位过程控制实验报告
f一、实验目的
1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。2、掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。4、了解PID调节器对液位、水压控制的作用。
二、单容水箱系统模型
上水箱
调节器
下水箱
计算机
储水箱
图1
21液位控制的实现
本实验采用计算机PID算法控制。首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过AD转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过DA模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。
f22被控对象
本实验是单容水箱的液位控制。被控对象为图1中的上水箱，控制量为流入水箱的流量，执行机构为调节阀。
由图1所示可以知道，单容水箱的流量特性：水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。所以，若阀V6开度适当，在不溢出的情况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。
三、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为电动调节阀与管道的连接图。
图2
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。
f四、单容水箱系统PID控制规律及整定方法
数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在液位控制系统中也有着极其重要的控制作用。本章主要介绍PID控制的基本原理，液位控制系统中用到的数字PID控制算法及其具体应用。
PID控制原理一般，在控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控
制系统原理框图如图3所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
rtet
比例积分微分
ut
被控对象
ct

图3模拟PID控制系统原理框图
PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值rt与实际输出值ct构成控
制偏差
etrtct
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将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）r