[实用新型]一种单容水箱液位PID控制实验装置

说明书

本实用新型公开了一种单容水箱液位PID控制实验装置，该装置由作为被控对象的单容水箱、测量水箱水位的压力传感器、对压力传感器信号进行处理并发出控制命令的PID控制器以及作为执行器改变水箱流出流量电动调节阀组成。本实用新型结构简单，性能可靠。该装置包含了自动控制系统中的被控对象、控制器、执行器和变送器四个环节，通过该装置，可以了解自动控制系统的组成、连接、运行方式，掌握PID控制的规律以及P、I、D参数对控制系统性能的影响。

技术领域

本实用新型属于液位控制技术领域，涉及一种新型实验装置，具体涉及一种单容水箱液位PID 控制实验装置。

背景技术

液位是工业过程自动控制中常见的被调量之一。PID参数调节是自控类和测控类专业教学中的重要内容，为了更好的进行教学改革，提高学生的实验动手能力，设计一种单容水箱液位PID控制实验装置。该实验装置通过运算放大电路组合可进行比例调节、比例积分调节、比例积分微分调节等多种调节过程的实验。通过该装置，可以掌握过程控制中液位、压力等物性参数的测量方法及PID参数整定方法，从控制的角度理解被控对象静态和动态的工作特性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种单容水箱液位PID控制实验装置，该装置由作为被控对象的单容水箱、测量水箱水位的压力传感器、对压力传感器信号进行处理并发出控制命令的PID控制器以及作为执行器改变水箱流出流量电动调节阀组成。

所述单容水箱2包括使用一个潜水泵从储水槽1抽水，水由入水通道送入到水箱中，在入水通道末端安装有手动调节阀3，可手动调节入水流量大小，也可作为调节过程中的扰动环节；水通过水箱2 底部的出水通道流回储水箱1中，在出水通道上安装有电动调节阀4，电动调节阀4的控制信号来自于PID 控制器，通过改变电动调节阀4的开度大小，可改变水箱2出水流量的大小，从而改变水箱2内水位的高低；在水箱2底部引出压力测点连接至压力传感器5，水箱内水位的高低可通过压力传感器5转换成压力信号送到PID控制器。

所述的PID控制器包括电流转换电压电路、水位设定值电路、减法器电路、PID运算电路、加法器电路以及电压转换电流电路。压力传感器5输出的电流信号通过电流转换电压电路转换成电压信号；水位设定值电路将水位设定值转换成电压信号；水位设定值电路输出信号与电流转换电压电路输出电压信号通过减法器电路得到误差电压信号；误差电压信号通过PID运算电路进行比例、积分、微分运算；PID 运算电路输出电压信号通过加法器电路进行叠加运算后为控制器的输出电压信号；加法器电路输出信号通过电压转化电流电路转换成电流信号，该电流信号为电动调节阀4的控制信号。

本实用新型采用上述技术方案所设置的电流转换电压电路、水位设定值电路、减法器电路、PID 运算电路、加法器电路以及电压转换电流电路均采用反向放大运算电路，放大器两个输入端电位近似为零，只有差模信号，无共模信号，抗干扰能力强，性能可靠。

本实用新型提出的一种单容水箱液位PID控制实验装置，结构简单，性能可靠。该装置包含了自动控制系统中的被控对象、控制器、执行器和变送器四个环节，通过该装置，学生可以了解自动控制系统的组成、连接、运行方式，掌握PID控制的规律以及P、I、D参数对控制系统性能的影响。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的工作原理框图。

图2为本实用新型具体实施例中结构示意图。

图3为本实用新型具体实施例中电流电转换电压电路图。

图4为本实用新型具体实施例中水箱水位设定值电路图。

图5为本实用新型具体实施例中误差计算电路图。

图6为本实用新型具体实施例中PID运算电路图。

图7为本实用新型具体实施例中电压转换电流电路图。

具体实施方式