图4-3表示了同一对象在相同阶跃扰动下，采用不同控制规律时具有相同衰减率的响应过程。
图4-3 各种控制规律对应的响应过程
四、调节器参数的整定方法
调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种：
（一）经验法
若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器的形式还是所整定的参数均可相互参考。表3-1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器
11的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=(～)TI计算。
34表3-1 经验法整定参数
系统 温度 流量 压力 液位 参数 δ(%) 20～60 40～100 30～70 20～80 TI(min) 3～10 0.1～1 0.4～3 TD(min) 0.5～3 (二)临界比例度法
这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=∞，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图
16
4-4所示。根据临界比例度δk和振荡周期TS，按表3-2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以被控量的动态曲线按4：1衰减为目标。
图4-4 具有周期TS的等幅振荡
表3-2 临界比例度法整定调节器参数
调节器参数 调节器名称 P PI PID δ 2δk 2.2δk 1.6δk TI(S) TS/1.2 0.5TS TD(S) 0.125TS 临界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。首先要生产过程能承受受控变量等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶以上或具有纯滞后的一阶以上的环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。
（三）衰减曲线法（阻尼振荡法）
图4-5 4：1衰减曲线法图形
在闭环系统中，先把调节器设置为纯比例作用，然后把比例度由大逐渐减小，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现图4-5所示的4：1衰减过程为止。这时的比例度称为4：1衰减比例度，用δS表示之。相邻两波峰间的距离称为4：1衰减周期TS。根据δS和TS，运用表4-3所示的经验公式，就可计算出调节器预整定的参数值。
17
表4-3 衰减曲线法计算公式
调节器参数 调节器名称 P PI PID δ（%） δS 1.2δS 0.8δS TI(min) 0.5TS 0.3TS TD(min) 0.1 TS （四）动态特性参数法
所谓动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法，即根据第二章中对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K、T、τ等），利用表4-4所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度，此时应采用动态特性参数法进行整定。 表4-4 经验计算公式
调节器参数 调节器名称 P δ（%） TI TD K?×100% T1.1 PI K?×100% TK?×100% T3.3τ PID 0.852τ 0.5τ
18
第二节 上水箱液位PID整定实验
一、实验目的
1、了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2、掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4、了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
二、实验设备
1.过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。
三、实验原理
19
本实验系统结构图和方框图如图4-6所示。被控量为上水箱的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。将超声波传感器检测到的上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制上水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
四、实验控制系统流程
上水箱液位检测信号LT1为标准的模拟信号，传送到控制器GE的PLC上，现场的4-20mA信号到CPU的传送。
五、实验内容与步骤
本实验选择作上水箱为被测对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将上水箱的进水阀门全开，将上水箱出水阀门开至适当开度，40%-70%，其余阀门均关闭。
水位控制分为2路基本控制，一路是工频（就是把变频器设定为工频定值）磁力泵加电动调节阀的控制方式，另外一路是变频磁力泵加电磁阀的控制方式。当然也可以，2
路调节一起使用，基于他们的基本原理都是一样的，我们
就参照2路基本的回路调节进行讲解。 （一）工频泵加电动调节阀控制方式
在触摸屏的操作画面上，切换到手动控制和阀控制。这时候启动工频磁力泵，在操作画面上左侧的控制区域的输出项中手动设定阀门的开度，等实际的水位值达到设定值以后，投入自动，适当改变调节的参数（kp和ts）值，观察曲线变化的情况，查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际水位小于设定值时，阀门会逐渐开大，直到阀门全开，慢慢的，水位慢慢上升至设定值，阀门会逐渐关小，直到最后，阀门全部关闭。为了模拟显示工业环境下的用水，可以打开手动阀进行排水，以达到模拟的效果。这时候随着时间的推移，水位肯定会有下降，阀门的开度会逐渐变大，直到最后，进水和出水的水量一致时，阀门的开度稳定一个范围内。
六、实验步骤：
1、接通控制柜电源：先开总电源，再逐个开分项电源；
20