图4- 1 实验接线图
2. 实验内容: ? 对象特性测试
1） 管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开单相I开关、24V电源开关、电动调节阀开关。
2） 打开上位机MCGS组态软件，进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验一、一阶单容上水箱特性测试实验”，进入“实验一”的监控界面。如图4-2.
图4-2 对象特性测试软件界面
3） 调节电动调节阀的开度的初值（在15&-25%之间为好，防止后期溢出），静静等待液上水箱的液位达到稳态，记录－此时的仪表输出值和液位值。
4） 修改电动调节阀的开度，即给予阶跃干扰，（此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录此时的调节器输出值和液位测量值，液位的响应过程曲线将如图4-3所示。
图4-3 单容水箱液位阶跃响应曲线
5） 根据前面记录的液位值和调节器输出值，计算K值，再根据图4-3中的实验曲线求得T值，写出单容水箱的传递函数。
? 调节器PID参数整定
1）选择调节器PID参数整定方法 建议选择“衰减曲线法”，即4：1衰减曲线法。
2）管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开单相I开关、24V电源开关、电动调节阀开关。
3）打开上位机MCGS组态软件，进入MCGS运行环境，先在主菜单中点击“实验一、一阶单容上水箱特性测试实验”，进入“实验一”的监控界面。如上图4-2.待液位达到稳态后，在主菜单中点击“实验四、上水箱液位参数整定控制试验”，进入“实验四”的监控页面，如下图4-4.
4-4 液位PID参数整定实验软件界面
4）在监控页面中首先调整比例度的值（从大向小调整），每次调整，都需要调节电动调节阀的开度，即给予阶跃干扰（注意，小心溢出）。若比例度值合适，则衰减比大致在4：1与10:1之间。
5）若比例度值调整合适，则保持比例度值不变，调整积分时间，方法同上。
6）若积分时间也调整合适，则调整微分时间（从大向小调整）。每次调整，都需要调节电动调节阀的开度，即给予阶跃干扰（注意，小心溢出）。经过PID调节后，对于给予的阶跃干扰，液位高度都能很快速、平稳的重新达到稳态。
五、实验结果与分析 1）、对象特性测试
（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，求出一阶环节的相关参数。 由原理处公式推导，我们利用两点法公式
h(?)??K? ? x0??h(T)?0.632KX0可以得到
K?17.50-21.70?84
-5% T? 7.272
Ke??s84e??s?则 H(S)= 1?Ts1?7.272S
2）、液位PID参数整定
（1）用经验试凑法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差和超调量。 根据公式： 连续PID：
u(t)?kp[e(t)? 离散PID：
1Ti?b0e(t)dt?TDde(t)]dt
TU(k)?kp[E(k)?Ti
对公式分析可得：
?E(j)?j?1kTD(E?E(k?1))]T(k)
kp??Mp?Tr?Ts???
Ti??Mp???0TD??tr?ts?Mp? （2）作出P调节器控制时的阶跃响应曲线并分析。
分析：经过不断细致的调整，始终不能获得满意的阶跃响应曲线。当比例度大于10时，超调量不能超过预设调节值，稳态值更低，知是比例度仍略高。而当比例度在3至10之间调整时，超调量可以超过预设值，但不能获得衰减比在4:1左右的响应曲线。继续调小时，发现响应曲线呈等谐振荡直至放大趋势。故
调整比例度在3时，调节积分时间。
（3）作出PI调节器控制时的阶跃响应曲线并分析。
分析：加上积分时间的调节后，超调量能够满足要求，但仍不能获得衰减比在4:1左右的响应曲线。在比例度为3，积分时间为2时又发生临界等谐振荡的情况。现有的比例积分调节后续震荡，故考虑加入微分调节，抑制超调。
（4）画出PID控制时的阶跃响应曲线并分析。
分析：在比例积分调节不能获得很好的调节效果后，果断加入微分调节，成功解决比例积分调节的振动问题。比例度为3，积分时间为2，微分时间为1.获得良好的阶跃响应曲线。