10）、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）、比例积分调节器（PI）控制
1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处“关” 旋至中间某一位置，并把积分开关置于“开”的位置），观察被控制量是否能回到设定值，以验证在PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。
2）、固定比例度δ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Ti值时的超调量σp。 表二、δ值不变、不同Ti时的超调量σp 积分时间常数Ti 大 超调量σp 中 小 3）、固定积分时间T i于某一中间值，然后改变δ的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，并列表记录不同δ值下的超调量σp。
表三、Ti值不变、不同δ值下的σp 比例度δ 超调量σp 大 中 小 4）、选择合适的δ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。
（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D打开。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，并与实验步骤（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。
2）、选择合适的δ、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）、用计算机记录实验时所有的过渡过程实时曲线，并进行分析。
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五、实验报告要求
1）、绘制单容水箱液位控制系统的方块图。
2）、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。 3）、P调节时，作出不同δ值下的阶跃响应曲线。
4）、PI调节时，分别作出Ti不变、不同δ值时的阶跃响应曲线和δ不变、不同Ti值时的阶跃响应曲线。
5）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。 6）、比较P、PI和PID三种调节器对系统余差和动态性能的影响。
六、注意事项
1）、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。 2）、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。 3）、若参数设置不当，可能导致系统失控，不能达到设定值。
七、思考题
1）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？
2）、试定性地分析三种调节器的参数δ、（δ、Ti）和（δ、Ti和Td）。的变化对控制过程各产生什么影响？
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实验四、 串级控制系统连线实验
一、实验目的
1）、通过实验，进一步了解串级控制系统的结构与原理。 2）、利用所提供的实验装置构成一个液位与液位串级控制系统。 3）、利用所提供的实验装置构成一个液位与流量串级控制系统。
二、实验设备
TKGK-1型过程控制实验装置： GK-04、GK-07-2、GK-06、GK-08
三、实验原理
单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值控制问题。但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性和对控制质量的要求也更高。单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，串级控制系统就应运而生。由于串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，因而它在过程控制中得到了广泛应用。
（一）、串级控制系统的结构
图11-1 串级控制系统结构
如图4-1所示，串级控制系统是指不止采用一个调节器，而是将两个或几个调节器相串联，并将一个调节器的输入作为下一个调节器设定值的控制系统。
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（二）、串级控制系统的名词术语：
主被控参数：在串级控制系统中起主导作用的那个被控参数。
副被控参数：在串级控制系统中为了稳定主被控参数而引入的中间辅助变量 。
主被控过程：由主参数表征其特性的生产过程，主回路所包含的过程，是整个过程的一部分，其输入为副被控参数，输出为主控参数。
副被控过程：由副被控参数为输出的生产过程，副回路所包含的过程，是整个过程的一部分，其输入为控制参数。
主调节器：按主参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器，其输出作为副调节器的给定值。
副调节器：按副参数的测量值与主调节器输出值的偏差进行工作的调节器，其输出直接控制执行机构。
副回路：由副调节器、副被控过程、副测量变送器等组成的闭合回路。 主回路：由主调节器、副回路、主被控过程及主测量变送器等组成的闭合回路。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。 二次扰动：作用在副被控过程上，即包括在副回路范围内的扰动。 当生产过程处于稳定状态时，它的控制量与被控量都稳定在某一定值。当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统便开始了其控制过程。根据不同扰动，分为三种情况：
1、在副对象上的扰动
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副对象加上扰动后，副调节器就立即发出校正信号，控制执行对象（工程上一般是调节阀的开度，而本实验装置中是泵电机的转速）的动作，以克服扰动对主被控参数的影响。如果扰动量不大，经过副回路的及时控制一般不影响被控量，如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，但还将有所影响被控量。然而，通过主回路的进一步调节，可使被控量能回到原平衡时的值。
2、主对象上的扰动
主对象加上扰动后，主回路产生校正作用，由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对被控量的影响比单回路系统时要小。
3、一次扰动和二次扰动同时存在
如果一、二次扰动的作用使主，副被控参数同时增大或减少时，主、副调节器对调节阀（或泵电机转速）的控制方向一致的，即大幅度关小或开大阀门（或大幅度地使泵电机加速或减速），加强控制作用，使主被控量很快地回到给定值上。如果一、二次扰动的作用使主、副被控参数一个增大，另一个减少，此时主、副调节器控制调节阀的方向是相反的，调节阀的开度只要作较小变动即可满足控制要求。
综上分析可知，串级控制系统副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使控制品质得到了进一步提高。
串级控制系统是改善和提高控制品质的一种极为有效的控制方案。它与单回路反馈控制系统比较，由于在系统结构上多了一个副回路，所以具有以下一些特点：
1、改善了过程的动态特性
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