过控实验指导书

1、第一章 D D C控制简述自动化技术是当今举世瞩目的高技术之一，也是今后实现工业高度自动化重点 要发展的一个高科技领域。现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为 是发展最为迅速的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相结合的产物，是工业 自动化的重要支柱。计算机控制可分为集中控制、分布式控制和直接数字控制等。 直接数字控制（DDC）系统是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产 过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法（如PID、内回流等）计算 出控制量，并通过输出通道，直接作用在执行机构上，实现对整个生产、实验过程 的闭环控制，通常它有几十个控制回路。它的框图如图1-1所

2、示从上图可看出，实验过程中的各种物理量（如温度、压力、流量、液位等），由一次仪表（如 温度变送器、压力变送器等）测量放大，统一变换为420mA （或1-5V）信号，通 过ICP7017模数转换，作为DDC的输入，计算机按照预定的控制程序，对被测量进 行必要的处理、分析和比较，并按一定的规律（如PID控制规律）进行运算，从而 得出控制量的改变值，输出到ICP7024数模转换直接控制执行机构。ICP7017是带通 讯功能的AD采集卡，ICP7024是带通讯功能的DA输出卡。作为工控机人。采集卡的 延伸产品在工控领域得到了广泛的应用。（一）、ICP7017模块的功能介绍:ICP7017模块：8通道模

3、拟量输入模块。工作电源：直流24V输入类型：电压、电流。输入范围：150150mv,-500500mv,-11v,-55v,-1010v,-220mA通讯方式：485通讯ICP7017模块外部接线图:图1-2 ICP7017某一通道接线图WJ6+VIN6-Gimv/v图1-3 ICP7017接线图ICP7024模块：4路电压型模拟量输出，4路电流型模拟量输出。工作电源：直流24V电流输出范围：020mA,420mA电压输出范围：-10v10v,010v,-55v,05v通讯方式：485通讯ICP7024模块外部接线图：任一通道接线方式:05o MOA 0 Em?. OZ0uno-ICP7024

4、D L CIM曳万 D L CIM曳万 +M 绞一若可X Samples和Work。组态环境和运行环境对应的两个执行 文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中， 样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。分别运行执行程序McgsSet.exe和 McgsRun.exe，就能进入MCG S的组态环境和运 行环境。安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。用户可根据需要创建 和运行自己的新工程。（三）、ICP7000计算机组态介绍ICP7000通过RS485转232通讯硬件和组态软件进行设备通讯组态，可采集到 ICP7

5、017输入模块送来的（如：液位、温度、流量）检测信号，在组态软件里编写 （液位、温度、流量）PID控制算法，由计算机送出输出控制信号到ICP7024再经由 他们送出到执行机构的控制端，即可组成闭环控制。通过画面组态，动画组态和策 略组态等，可以良好的完成计算机动态实时监控对象的运行情况。并作出丰富的动 态实时、历史图形曲线。1、组态说明：组态一共可以分主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略5大块内容，完成这五项，即完成的组态的全过程。在用户窗口选项菜单里， 所有的计算机监控界面组态窗口都在用户窗口菜单项里建立。如下图所示：ICP7017和ICP7024数据采集是通过下图所示的设备窗

6、口组态来完成的。详细设置请参看组态软件的帮助文档。根据不同的实验需要采集的数据不同，设置不同的通道，本装置同时提供4路电 压输入通道。若实验中只要用到一个通道，则不同的实验可以共用一个通道。比如: 通道AD0上的数据对象为pv1，那么流量、温度、液位等都可以通过这个通道采集上 来，只是需要在用户窗口里的控制脚本中把pv 1转化为流量、温度、液位的对应值即可。通道组态连接表:实验名称ICP7017通道值ICP7024通道值接入信号数据对象对应通道号数据对象通道号实验一、一阶单容系统对象特性测试实验上水箱液位pv1AD0OP2DA0实验二、上水箱 液位PID整定实 验上水箱液位pv1AD0OP2D

7、A0实验三、锅炉内胆二位式控制实验锅炉水温pv1AD0OP2DA0实验四、锅炉内胆温度控制实验锅炉水温pv1AD0OP2DA0实验五、锅炉夹套温度控制实 验夹套水温pv1AD0OP2DA0实验六、电磁流量计流量控制实验电磁流量pv1AD0OP2DA0实验七、涡轮流量与小流量比值控制实验电磁流量涡轮流量pv1pv2AD0AD1OP2DA0实验八、上下水箱液位串级控制实验下水箱液位上水箱液位pv1 （主控）pv2 （副控）AD0AD1OP4DA1下图所示是主画面的组态界面：包括对象的动力支路演示、实时液位的跟踪、 给定值的设定、参数的调节、实时曲线和历史曲线的记录、通讯状态的指示等。下图所示的是实

8、时数据库选项：在实时数据库里建立数据对象名称，组态里需 要用到的变量（如液位、温度、流量、中间变量、比例、积分、微分等）均在此定 义，且一个变量对应一个点，点数不能超过128点，若超过128点，运行将出错。在组态环境运行组态好的程序可以直接按F5或点击习按钮即可进入运行环 境。第二章 系统主题实验实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验一、实验目的熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二、实验设备AE2000B2型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。三、系统

9、结构框图单容水箱的系统结构框图如图2-1所示。图2-1单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他 操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃 响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型 中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参 数。如图2-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2,水箱的液面高度为h，出水 阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：dzAh

10、 R2*C* d +Zh=R2*Q2在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：H(S) = R2 _ KQKS) ?2*C*S 十 1 一 T*S十1式中，T为水箱的时间常数(注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数)， T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为VI、V2阀的液阻，C为水 箱的容量系数。令输入流量Q1的阶跃变化量为R0，其拉氏变换式为Q1(S)=RO/S， RO为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：KRo KRo kr。S(TS+ 1)s- S+Vt当t=T时，则有：h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(8)艮 fl h(t)=KR

11、0(1-e-t/T)当t 一8时，h(8)=KR0，因而有K=h(8)/R0=输出稳态值/阶跃输入一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。当由实验求 得图2-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱 的时间常数T，该时间常数丁也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值 交点 所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：dh(t) KR0 号 KR0 h (8)上式表示h(t)若以在原点时的速度h(8)/T恒速变化，即只要花丁秒时间就 可达到稳态值h(8)。图2-2阶跃响应曲线五、实验内容和步骤设备的连接和检查关闭阀门00,往AE2000B

12、2型过程控制对象的储水箱灌水，水位达到总高度的 90%以上时停止灌水。打开以西山泵为动力的支路全上水箱的所有阀门(包括有：阀门L10 (R10)、 阀门L18 (R18)和阀门L11 (R11)，关闭动力支路上通往其它对象的切 换阀门(包括有：阀门L19 (R19)、阀门L13 (R13)、阀门L12 (R12)和 阀门L14 (R14)。打开上水箱出水阀(阀门L01 (R01)，开至适当的开度。检查电源开关是否关闭。系统连线如图2-3所示，将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到15V位置。将上水箱液位+ (正极)接到ICP7017的AIO+端，上水箱液位一(负极)接到 ICP7017

13、 的 AI0 一端。将ICP7024的AO0+端接至电动调节阀的420mA输入端的+端(即正极)，将 ICP7024的AO0一端接至电动调节阀的420mA输入端的一端(即负极)。电源控制板上的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。电动调节阀的220V电源开关打在关的位置。E &宇 褊E &宇 褊图2-3实验连线图4启动实验装置将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。打开电源带漏电保护空气开关。打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。5实验步骤开启24VDC电源开关和ICP7017、7024电源开关。启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图2-4所示:图2-4、实验

14、软件界面点击设置输出按钮，设定输出值的大小，这个值根据阀门开度的大小来给 定，一般初次设定值25。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参 数液位高度控制在20%处（一般为7cm）。观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录 调节仪输出值，以及水箱水位的高度hl和7024的测量显示值并填入表2-1。表2-17024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）15.迅速增加手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参 数，它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。h1(cm)17.直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入表2-3。表

15、2-37024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）19.将仪表输出值调回到步骤5）前的位置，再记录由此引起的阶跃响应过程参 数与曲线。填入表2-4。六、实验报告要求六、1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。2、根据实验原理中所述的方法，3、求出一阶环节的相关参数。七、注意事项七、1、本实验过程中，2、阀L01（R01）不3、得任意改变开度大小。4、阶跃信号不5、能取得太大，6、以免影响正常运行；但也不7、能过小，8、以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确 度。一般阶跃信号取正常输入信号的5%15%。9、在输入阶跃信号前，10、过程必须处于平衡状态。八、思考题八、3在做本实验时，

16、为什么不能任意上水箱出水阀变化阀的开度大小？4用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？图2-3实验连线图4启动实验装置将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。打开电源带漏电保护空气开关。打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。5实验步骤开启24VDC电源开关和ICP7017、7024电源开关。启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图2-4所示:图2-4、实验软件界面点击设置输出按钮，设定输出值的大小，这个值根据阀门开度的大小来给 定，一般初次设定值25。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参 数液位高度控制在20%处（一般为7cm）。观察系统的被

17、调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录 调节仪输出值，以及水箱水位的高度h1和7024的测量显示值并填入表2-1。表2-17024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）15.迅速增加手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。表2-27024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）19.将仪表输出值调回到步骤5）前的位置，再记录由此引起的阶跃响应过程参 数与曲线。填入表2-4。六、实验报告要求1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。2、根据实验原理中所述的方法，3、求出一阶环节的相关参数。七、注意事项1、本

18、实验过程中，2、阀L01（R01）不3、得任意改变开度大小。4、阶跃信号不5、能取得太大，6、以免影响正常运行；但也不7、能过小，8、以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确 度。一般阶跃信号取正常输入信号的5%15%。9、在输入阶跃信号前，10、过程必须处于平衡状态。八、思考题3在做本实验时，为什么不能任意上水箱出水阀变化阀的开度大小？4用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验一、实验目的熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定 它们的参数。二、实验设备AE200

19、0B2型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转 换器1只、串口线1根、实验连接线。三、系统结构框图单容水箱的系统结构框图如图2-1所示。图2-1单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他 操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃 响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型 中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。 单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参 数。如图2-1所示，设水

20、箱的进水量为Q1，出水量为Q2,水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：dzh R2*C* d +h=R2*zQ2在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：G（s）=黑=QVS） r2*c*S + 1T*S+1式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数）， T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为VI、V2阀的液阻，C为水 箱的容量系数。令输入流量Q1的阶跃变化量为R0，其拉氏变换式为Q1（S）=RO/S， RO为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：krqkRo krs（ts十i）s- s+Vt当t=T时，则有：

21、h（T）=KR0（1-e-1）=0.632KR0=0.632h（8）艮 fl h（t）=KR0（1-e-t/T）当t 一8时，h（8）=KR0，因而有K=h（8）/R0=输出稳态值/阶跃输入一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。当由实验求 得图2-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱 的时间常数T，该时间常数丁也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值 交点 所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：dh（t） I KR。号 KR0 h （8）ne t=0=r-=-F上式表示h（t）若以在原点时的速度h（8）/T恒速变化，即只要花

22、丁秒时间就 可达到稳态值h（8）。图2-2阶跃响应曲线五、实验内容和步骤2设备的连接和检查关闭阀门00，往AE2000B2型过程控制对象的储水箱灌水，水位达到总高度 的90%以上时停止灌水。打开以西山泵为动力的支路全上水箱的所有阀门(包括有：阀门L10(R10)、 阀门L18 (R18)和阀门L11 (R11)，关闭动力支路上通往其它对象的切 换阀门(包括有：阀门L19 (R19)、阀门L13 (R13)、阀门L12 (R12)和 阀门L14 (R14)。打开上水箱出水阀(阀门L01 (R01)，开至适当的开度。检查电源开关是否关闭。3系统连线如图2-3所示，将I/O信号接口板上的上水箱液位的

23、钮子开关打到15V位置。将上水箱液位+ (正极)接0ICP7017的AIO+端，上水箱液位一(负极)接 到 ICP7017 的 AI0 一端。将ICP7024的AO0+端接至电动调节阀的420mA输入端的+端(即正极)， 将ICP7024的AO0一端接至电动调节阀的420mA输入端的一端(即负极)。电源控制板上的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。电动调节阀的220V电源开关打在关的位置。E &宇 褊E &宇 褊图2-3实验连线图4启动实验装置将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。打开电源带漏电保护空气开关。打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。5实验步骤开启24VDC电

24、源开关和ICP7017、7024电源开关。启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图2-4所示:图2-4、实验软件界面点击设置输出按钮，设定输出值的大小，这个值根据阀门开度的大小来给 定，一般初次设定值25。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参 数液位高度控制在20%处（一般为7cm）。观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录 调节仪输出值，以及水箱水位的高度hl和7024的测量显示值并填入表2-1。表2-17024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）15.迅速增加手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参 数，它们均可在上位软

25、件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。h1(cm)17.直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入表2-3。表2-37024输出值（0100）水箱水位高度h1 （cm）19.将仪表输出值调回到步骤5）前的位置，再记录由此引起的阶跃响应过程参 数与曲线。填入表2-4。六、实验报告要求1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。2、根据实验原理中所述的方法，3、求出一阶环节的相关参数。七、注意事项1、本实验过程中，阀L01（R01）不得任意改变开度大小。4、阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常 输入信号的5

26、%15%。在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。八、思考题3在做本实验时，为什么不能任意上水箱出水阀变化阀的开度大小？4用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？实验、单容水箱液位实验、单容水箱液位PID整定实验、实验目的通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。定性地研究？、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备AE2000B2型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转 换器1只、串口线1根、实验连接线。三、实验原理够定k电部调节间k电部调节间1图 2-15图2-15为单回路上水

27、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，采用工业智能仪表控制。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

28、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0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0，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

29、作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线、所示。k倾图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、实验内容和步骤设备的连接和检查关闭阀门00，往AE2000B2型过程控制对象的储水箱灌水，水位达到总高度的 90%以上时停止灌水。打开以西山泵为动力的支路全上水箱的所有阀门(包括有：阀门L10 (R10)、 阀门L18 (R18)和阀门L11 (R11)，关闭动力支路上通往其它对象的切 换阀门(包括有：阀门L19 (R19)、阀门L13 (R13)、阀门L12 (R12)和 阀门L14 (R14)。打开上水箱出水阀(阀门L01 (R01)，开至适当的开度。检查电源开关

30、是否关闭。系统连线如图2-17所示：ICP-7017远程数据采集模拟量 愉入模决ICP-7024远程数据采集模拟量 输出模块ICP-7017远程数据采集模拟量 愉入模决ICP-7024远程数据采集模拟量 输出模块t图2-17上水箱液位PID参数整定控制接线图将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到15V位置。将上水箱液位+ （正极）接到ICP7017的AK+端，上水箱液位一（负极）接到 ICP7017 的 AI0 一端。将ICP7024的AO0+端接至电动调节阀的420mA输入端的+端（即正极），将 ICP7024的AO0一端接至电动调节阀的420mA输入端的一端（即负极）。电源控制板上

31、的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。启动实验装置将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。打开电源带漏电保护空气开关。打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。开启24VDC电源开关。打开7017、7024的电源开关。比例调节控制启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验，如图2-18所示：图2-18实验软件界面打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始实验。设定给定值，调整比例系数（K）。待系统稳定后，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。减小比例系数重复步骤4,观察过

32、渡过程曲线，并记录余差大小。增大比例系数重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。选择合适的比例系数，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。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。比例积分调节器（PI）控制在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置积分时间（Ti）不 为0，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动 无余差存在。固定比例系数值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察 加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同值时的超调量。p。表2-10不同Ti时

33、的超调量O p积分时间常数Ti大中小超调量O p固定积分时间于某一中间值，然后改变比例系数的大小，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TiT的超调量。p。表2-11不同K值下的O p比例系数K大中小超调量O p选择合适的K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%）来获得。 比例积分微分调节（PID ）控制在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 微分时间（Td）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PI控制下的曲线相比较，由此

34、可看到微分 时间（Td）对系统性能的影响。选择合适的K、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）。在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。用临界比例度法整定调节器的参数在实现应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定。用临界比 例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。它的具体做法是： 在只有比例调节作用下（将积分时间放到最大，微分时间放到最小），先把比 例系数K放在较小值上，然后逐步增加调节器的比例系数，并且每当增加一 次比例系数，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%15% 的阶跃扰动，观察

35、被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续增加比例系数，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线 出现发散振荡，则表示比例系数调节得过大，应适当减少，使之出现等幅振 荡。图2-19为它的实验方块图。图2-19具有比例调节器的闭环系统比例系数图2-19具有比例调节器的闭环系统比例系数1L衬无件件剥定件在图2-2 0系统中，当被调量作等幅荡时，此时的比例系数K就是临界比例系数，用Km表示之，此时的临界比例度为0k，弘=1/Km，相应的振荡周期就是临界 周期Tm。据此，按下表可确定PID调节器的三个参数0、Ti和Tdo图2-20具有周期T勺等幅振荡表2-12用临界比例度0 k整定

36、PID调节器的参数调节器参数调节器名称比例度0 (0= 1/K)积分时间Ti(S)微分时间Td(S)P20kPI2.2 0k0.85TmPID1.7 0k0.5Tm0.13Tm必须指出，表格中给出的参数值是对调节器参数的一个初略设计，因为它是根 据大量实验而得出的结论。若要就得更满意的动态过程(例如：在阶跃作用 下，被调参量作4： 1的衰减振荡)，则要在表格给出参数的基础上，对0、Ti （或Td）作适当调整。五、实验报告要求画出单容水箱液位控制系统的方块图。用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。用临界比例度法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差和超调量。作出P调节器控制时，不同。值下的阶跃响应曲线。作出PI调节器控制时，不同。和Ti值时的阶跃响应曲线。画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。六、注意事项实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。七、思考题实验系统在运行前应做好哪些准备工作？为什么要强调无扰动切换？试定性地分析三种调节器的参数K、（K、Ti）和（K、Ti和Td）的变化对控制 过程各产生什么影响？