2）、按照图2-1的结构框图，完成系统的接线 （接线参照实验1），并把PID调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状态。
3）、将单片机控制屏GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别接GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”；用配套通讯线 将GK-03的“串行通信口”与计算机的COM1连接；启动单片机控制屏GK-03，用单片机控制屏GK-03的键盘设置回路1和回路3的采样时间St=2，标尺上限CH=150（详见本书第一部分单片机控制屏GK-03《使用说明》）；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线（操作与本书实验六《计算机过程控制系统》类似）。
4）、利用PID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm左右。 5）、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，记录此时调节器手动输出值VO 以及水箱水位的高度h1和显示仪表LT1的读数值并填入下表。
变频器输出频率f HZ 手动输出Vo v 水箱水位高度h1 cm LT1显示值 cm 6）、迅速增调“手动调节”电位器，使PID的输出突加10%，利用上位机监控软件记下由此引起的阶跃响应的过程曲线，并根据所得曲线填写下表。
t（s） 水箱水位 h1(cm) LT1读数 (cm) 等到进入新的平衡状态后，再记录测量数据，并填入下表： 变频器输出频率f PID输出Vo 水箱水位高度h1 HZ v cm
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LT1显示值 cm 7）、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表： 水箱水位 h1(cm) LT1读数 t（s） (cm) 8）、重复上述实验步骤。
9）、上述实验步骤同样适用于双容水箱的下水箱液位h2的控制，系统的结构框图如图2-3所示，实验步骤自拟。
五、注意事项
1）、做本实验过程中，阀V1和V2不得任意改变开度大小；且阀2开度必须大于阀4的开度，以保证实验效果。
2）、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
3）、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。 4）、在老师的帮助下，启动计算机系统和单片机控制屏。
六、实验报告要求
1）、作出一阶和二阶环节的阶跃响应曲线。
2）、根据实验原理中所述的方法，求出一阶和二阶环节的相关参数。
七、思考题
1）、在做本实验时，为什么不能任意变化阀V1或V2的开度大小？ 2）、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？
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实验三、单容水箱液位PID控制系统
一、 实验目的
1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。 3）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。 4）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。
二、 实验设备
1）、THGK-1型过程控制实验装置： GK-04 GK-06 GK-07-2 2）、万用表一只 3）、秒表一只 4）、计算机系统
三、实验原理
1、单容水箱液位控制系统
图3-1、单容水箱液位控制系统的方块图
图3-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产
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过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。
当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的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，则会导致控制质量变坏，甚至使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何
整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。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要的工作。系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ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δ，Ti选择合理，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
1.T( c)312ess入微分D的作用，从而使系
统既无余差存在，又能改善 图3-3、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 0t(s) 39
系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图3-3中的曲线①、②、③所示。
四、实验内容与步骤
（一）、比例（P）调节器控制
1）、按图3-1所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。
2）、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。 3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。
4）、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。
5）、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的位置，比例度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的位置，调节器的“手动”开关拨到“自动”位置），让系统投入闭环运行。
6）、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。
7）、减小δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 8）、增大δ，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 9）、选择合适的δ值就可以得到比较满意的过程控制曲线。
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