单回路控制

一、实验目的

1 测试系统性能指标

当给定值或对象介质阶跃扰动时，掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指标。

2 PID的参数影响

测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响，掌握人工整定PID参数的方法。

3 调节器的使用

熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。

二、 准备

QXLTT三容液位控制实验装置是由（1）实验操作箱；（2）三容器件；（3）泵与调节阀组件三个部分组成，如图1、图2、图3所示。

在使用前，应首先把管路对应连接起来，具体连接方法是：

1）用乳胶管分别将左、右泵进水口与三容蓄水槽的左、右出水口对接。

2）用乳胶管分别将左、右泵旁路出水口与三容器件的左、右旁路进水口（三容液位实验）或左、中旁路进水口（双容液位实验）对接。

3）用乳胶管把左、右调节阀出水口与三容液位进水口对接。

（注：为了防止使用时漏水，一般乳胶管的口径总要与对应接口管紧密连接，所以，在连接时觉得有些困难，可在管口上加上一些润滑剂，如肥皂水或洗洁精。）

图1三容组件

本实验装置需提供220V电源供电。如图3所示，先将保险丝放入保险丝盒内并旋紧保险丝盒的后盖。随后将控制对象上的四芯、七芯、三芯的插头插入控制箱相应的插座上，并

旋紧插头上的旋扣，确保插头与插座之间连接紧密不会松动。接着将对象上的液位传感器插入对象底座的插座上，并且将十五芯插座用专用数据电缆与计算机的板卡连通。然后可将电源插头插入电源插座接上电源。此时准备工作已算完成。

图2泵调节阀组件

图3实验操作箱背面图 三、实验步骤

1 测试给定值扰动下液位闭环系统的过渡过程曲线

调节器投入自动并分别进行给定值的正、反向阶跃扰动，同步记录自动（闭环）系统中的被调参数——液位的过渡过程曲线，求解自控系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts。 2测试对象扰动下液位闭环系统的过渡过程曲线

调节器投入自动，改变手阀的开度可改变被调介质的扰动量。同步记录自动（闭环）系统中的被调参数——液位的过度过程曲线，求解自控系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts。 3 测试不良比例带对液位闭环系统过渡过程的影响

在最佳PID参数的基础上，较大幅度地增减调节器的比例带P，测试其在给定值阶跃扰动或对象阶跃扰动下，自动（闭环）系统中的被调参数——液位的过渡过程曲线，求解自控

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系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts。

4 测试不良积分时间对液位闭环系统过程的影响

在最佳PID参数的基础上，较大幅度地增减调节器的积分时间TI，测试其在给定值阶跃扰动或对象阶跃扰动下，自动（闭环）系统中的被调参数——液位的过渡过程曲线，求解自控系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts。

四、实验报告

1 给定值扰动下的系统性能指标

根据实验步骤1测试到的系统在给定值正、反向阶跃阶跃扰动下，闭环系统中被调参数——液位的过渡过程曲线，分别求解系统的时域类性能指标：（1）衰减比n = Y1/Y3，（2）超调量σ= Y1/Y（∞）*100%，（3）残余偏差e（∞）=SV—PV（∞），（4）调节时间ts，并分析是否要人工微调PID参数。 2对象扰动下的系统性能指标

根据实验步骤2测试到的系统在对象跃阶跃扰动下闭环系统中被调参数——液位的过渡过程曲线，求解系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts，并分析是否要人工微调PID参数。 3 不良比例带对系统性能的影响

根据实验步骤3测试到的较大幅度增减比例带P后，在给定值阶跃阶跃扰动和对象阶跃扰动下，闭环系统中被调参数——液位的过渡过程曲线，求解系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts，并分析其原因。

4 不良积分时间对性能的影响

根据实验步骤4测试到的较大幅度增减积分时间TI后，在给定值阶跃阶跃扰动和对象阶跃扰动下，闭环系统中被调参数——液位的过渡过程曲线，求解系统的性能指标：n、σ、e（∞）、ts，并分析其原因。

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