简单控制系统投运与参数整定—水箱液位定值控制实验
简单控制系统投运与参数整定——水箱液位定值控制实验
3.1 实验目的：
1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法。
3．了解p、pi、pd 和pid 四种调节器分别对液位控制的作用。
3.2 实验设施：
化工自动化仪表实验平台、实验导线、计算机、mcgs 组态软件、rs485/232 转换器。
3.3 实验原理：
实验系统流程图如下图所示。被控量为液位水箱的液位高度，实验要求水箱的液位稳定在给定
值的2%～5%范围内。本装置中共有三路液位传感器同时检测液位水箱的液位高度，可任选一路作
为控制器的反馈信号，本实验选用电容式压力变送器作为测量液位的反馈信号，与给定量比较后取
得差值，调节器根据偏差来控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。为了实现系统在
阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为pi 或pid 控制，一般在变化量较快的
液位、流量和压力控制参数中，不采用微分控制，微分虽然可以改善动态调节效果，但其对变化较
快参数的抗干扰能力较差。
7． 在实验界面中有“通讯成功”标志，表示计算机已和三块仪表同时建立了通讯关系；若显
示“通讯失败”并闪烁，说明有仪表没有与上位机通讯成功，检查转换器、通讯线以及计算机com
端口设置是否正确；
8．通讯成功后，按经验法或动态特性参数法等整定调节器参数，选择pi 控制规律，并按整定
后的pi 参数进行调节器参数设置。
9．点击实验界面中“设定值”的数值显示框，在弹出的对话框中填写液位设定值，然后点击“比
例度”“积分时间”“微分时间”，在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分时间和微分时间，在实
验界面中点击“自动”按钮，智能调节仪ⅰ被设置为“自动”状态，仪表内部控制算法启动，打开
离心泵的开关，对被控参数进行闭环控制。
10． 当液位稳定于给定值的2%～5%范围内，且不在超出这个范围后，通过以下几种方式加干
扰：
① 突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（内部扰动）；
② 将阀f1-1 旁路阀f1-2 开至适当开度（外部扰动）；
③ 改变关联管路的阀门以对系统加入外部扰动，但注意外部扰动加入量应合理，不宜破坏系统
的平衡，超出控制系统的调节能力范围。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不
稳定。通过内部扰动加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位
稳定至新的设定值（采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输
出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图所示。
11． 分别适量改变调节仪的p 及i 参数，重复步骤10，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响
应曲线。
12． 分别用 p、pd、pid 三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶
跃响应曲线。
6.2.5 实验报告要求
1．画出单容水箱液位定值控制实验的系统方框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
3．比较不同pid 参数对系统控制品质产生的影响。
4．分析p、pi、pd、pid 四种控制规律对本实验系统的作用。
5．选择其中一种控制规律计算过渡过程的相关参数。
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2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法。
3．了解p、pi、pd 和pid 四种调节器分别对液位控制的作用。
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3.3 实验原理：
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值的2%～5%范围内。本装置中共有三路液位传感器同时检测液位水箱的液位高度，可任选一路作
为控制器的反馈信号，本实验选用电容式压力变送器作为测量液位的反馈信号，与给定量比较后取
得差值，调节器根据偏差来控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。为了实现系统在
阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为pi 或pid 控制，一般在变化量较快的
液位、流量和压力控制参数中，不采用微分控制，微分虽然可以改善动态调节效果，但其对变化较
快参数的抗干扰能力较差。
7． 在实验界面中有“通讯成功”标志，表示计算机已和三块仪表同时建立了通讯关系；若显
示“通讯失败”并闪烁，说明有仪表没有与上位机通讯成功，检查转换器、通讯线以及计算机com
端口设置是否正确；
8．通讯成功后，按经验法或动态特性参数法等整定调节器参数，选择pi 控制规律，并按整定
后的pi 参数进行调节器参数设置。
9．点击实验界面中“设定值”的数值显示框，在弹出的对话框中填写液位设定值，然后点击“比
例度”“积分时间”“微分时间”，在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分时间和微分时间，在实
验界面中点击“自动”按钮，智能调节仪ⅰ被设置为“自动”状态，仪表内部控制算法启动，打开
离心泵的开关，对被控参数进行闭环控制。
10． 当液位稳定于给定值的2%～5%范围内，且不在超出这个范围后，通过以下几种方式加干
扰：
① 突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（内部扰动）；
② 将阀f1-1 旁路阀f1-2 开至适当开度（外部扰动）；
③ 改变关联管路的阀门以对系统加入外部扰动，但注意外部扰动加入量应合理，不宜破坏系统
的平衡，超出控制系统的调节能力范围。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不
稳定。通过内部扰动加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位
稳定至新的设定值（采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输
出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图所示。
11． 分别适量改变调节仪的p 及i 参数，重复步骤10，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响
应曲线。
12． 分别用 p、pd、pid 三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶
跃响应曲线。
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2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
3．比较不同pid 参数对系统控制品质产生的影响。
4．分析p、pi、pd、pid 四种控制规律对本实验系统的作用。
5．选择其中一种控制规律计算过渡过程的相关参数。
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