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1、姓名XX 学号XX实验室数图XX实验时间：第8周星期二第9-12节 指导老师XX老师实验四、上水箱液位PID整定实验一、实验目的D通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2）分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-185转换器1只、串II线1 根、万用表一只图4-1、实验原理图一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度$的大小不仅会影响 到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的 作用，不仅
2、能实现系统无余差，而且只要参数Ti调节合理，也能使系统具有良好的 动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从 而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是 所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不人，微分作用 的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对 于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如卞中的 曲线、所示。三、实验内容和步骤1、设备的连接和检查：（1）、将AE2000A实验对彖的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开
3、以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。（3）、打开上水箱的出水阀至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭。2、系统连线:1）、三相电源、单相I空气开关打在关的位置。2）、智能调节仪的220V的电源开关打在关的位置。3）、将I/O信号接1板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。4）、将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的正极），将上水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。5）、将智能调节仪的420mA输出端的7端（即正极）接至电动调节阀的420mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4
4、20mA输出端的5端（即负极）接至电动调节阀的 420mA输入端的-（即负极）。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380Vo3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源4）、开启单相I ,调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）和液位传感器的 零位。5）、启动智能仪表，设置好仪表参数。（一）比例调节控制1）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验，如图4-4所示：图4-4、实验软件界面2）、打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。3）、设定给定值，调整P参数。4）、待
5、系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变 设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。5）、减小P重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。6）、增人P重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。7）、选择合适的P,可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定 值由50%变为60%）,同样可以得到一条过渡过程曲线。8）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。（二）、比例枳分调节器（PI）控制1）、在比例调节实验的基础上，加入枳分作用，即在界面上设置I参数不为0,观察 被控制量是否能回到设定值，以验证P
6、I控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2）、固定比例P值（中等人小），改变PI调节器的枳分时间常数值Ti,然后观察加 阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量o p表二、不同Ti时的超调量cp枳分时间常Ti大中小超调量Op3 & 5%42.5%59. 3%3）、固定I于某一中间值，然后改变P的人小，观察加扰动后被调量输出的动态波 形，据此列表记录不同值Ti下的超调量 Po表三、不同$值下的cp比例P人中小超调量Op43. 3%29%20. 4%4）、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡 过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50$变为60%）
7、来获得。（三）、比例积分微分调节（PID）控制1）、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置 D参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线， 并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的P、Ti和Td,使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶 跃输入可由给定值从50$突变至60%来实现）。3）、在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。五、实验结果1、P控制比例度：1 积分时间：0 微分时间：00= （27. 2-20） /20二 36%P调节器控制时的阶跃响应曲线:2、PI
8、控制比例度：0.9 积分时间：2.0 微分时间：00= （23.9-15） /15二59. 33%PI调节器控制时的阶跃响应曲线:3、PID控制比例度：1.3 积分时间：2.0微分时间：4.00 = （25.8-20） /20二29$PID调节器控制时的阶跃响应曲线：六、思考题1）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？答：储水箱灌满水，上水箱出水阀打开适当开度，系统线路图连好。2）、为什么要强调无扰动切换？答：因为系统存在微分坏节，如果有扰动时则会使系统引起很人的波动，使曲线不能趋 近于平稳。3）、试定性地分析三种调节器的参数6、（ 、Ti）和（、Ti和TJ的变化对控制过程 各产生什么影响？答：参数可以使余差减小；6、Ti可以把余差全部累加起来，从而减小误差；、Ti和T&可以使超调量减小，从而是体统尽快达到最大值，减小上升时间。4）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？答：纯比例控制不能消除余差。增加一个枳分控制，把所有的余差累加起来，这样可 以消除余差。
