2）画出加冷却水时，被控量的过程曲线，并比较振荡周期和振荡幅度大小。 3）综合分析位式控制特点。 八、思考题
1）为什么缩小回差dF值，能改善双位控制系统的性能？
2）为什么实际的双位控制特性与理想的双位控制特性有着明显的差异？
31
实验四 单容小水箱液位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）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
1）AE2000型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。 2）万用表一只 三、实验原理
扰动 给定 PID控制器 + ─ 液位变送器 电动调节阀 上小水箱 液位 图4-1 一阶单容上水箱液位控制系统的原理框图
32
系统结构示意图：
图4-1为单回路上小水箱液位控制系统，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。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上小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。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器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。 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
33
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）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图4-2中的曲线①、②、③所示。
四、实验内容和步骤 设备的连接和检查：
（1）将AE2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
（2）打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀24、阀8、阀23，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀22、阀21、阀20、阀9、阀12。
（3）打开大水箱的出水阀：阀7，至适当开度。 （4）检查电源开关是否关闭 系统连线
1）将I/O信号接口板上的上小水箱液位的钮子开关打到OFF位置。
2）将上小水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），将上小水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。
3）将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即-极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的-（即负极）。
4）单相水泵电动机的1L端接TKJ-2电源控制屏上对应的单相Ⅰ（220V/5A）的1L端（或单相Ⅱ（220V/5A）的2L端），将1N端接至单相Ⅰ（220V/5A）的1N端（或单相Ⅱ（220V/5A）的2N端）。
5）电动调节阀的~220输入的L端接单相Ⅲ （220V/5A）的3L端，N端接单相Ⅲ
0.T( c)312ess1t(s)图4-2 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
34
（220V/5A）的3N端 。
6）智能调节仪的~220V输入的L端（即9端）和N端（即10端）也分别接单相Ⅲ （220V/5A）的3L端和3N端。
7）三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ的空气开关打在关的位置 启动实验装置
1）将实验装置电源插头接到三相380V的三相交流电源。 2）打开电源三相带漏电保护空气开关和总电源钥匙开关。
3）按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，电压表指示380V。 4）开启单相Ⅲ空气开关，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。 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，如图所示：
2）启动智能仪表，设置各项参数，将调节器置于手动零，启动动力支路，在上位机软件上按手动按钮，即可将调节仪的手动控制切换到自动控制。 2）打开所有单相空气开关，开始实验。
3）观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，即可将调节器的“手动”开关拨到“自动”状态。系统即投入闭环运行。
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
35