【正文】 位傳感器的零位。5）、啟動智能儀表，設(shè)置好儀表參數(shù)。（一） 比例調(diào)節(jié)控制1）、啟動計算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實驗系統(tǒng)選擇相應(yīng)的實驗，如圖44所示：圖4實驗軟件界面2）、打開電動調(diào)節(jié)閥和增壓泵電源開關(guān)，開始實驗。3）、設(shè)定給定值，調(diào)整P參數(shù)。4）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動，一般可通過改變設(shè)定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。5）、減小P重復(fù)步驟4，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。6）、增大P重復(fù)步驟4，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。7）、選擇合適的P，可以得到較滿意的過渡過程曲線。改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50％變?yōu)?0％），同樣可以得到一條過渡過程曲線。8）、注意：每當(dāng)做完一次試驗后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗。（二）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1）、在比例調(diào)節(jié)實驗的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置I參數(shù)不為0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗證PI控制下，系統(tǒng)對階躍擾動無余差存在。2）、固定比例P值（中等大?。?，改變PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)值Ti，然后觀察加階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時的超調(diào)量σp。 表二、不同Ti時的超調(diào)量σp積分時間常數(shù)Ti大中小圖超調(diào)量σp3）、固定I于某一中間值，然后改變P的大小，觀察加擾動后被調(diào)量輸出的動態(tài)波形，據(jù)此列表記錄不同值Ti下的超調(diào)量σp。 表三、不同δ值下的σp比例P大中小超調(diào)量σp4）、選擇合適的P和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入擾動的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線。此曲線可通過改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。（三）、比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制1）、在PI調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置D參數(shù)，然后加上與前面實驗幅值完全相等的擾動，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動態(tài)曲線，并與實驗（二）PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分D對系統(tǒng)性能的影響。2）、選擇合適的P、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從50%突變至60%來實現(xiàn)）。3）、在歷史曲線中選擇一條較滿意的過渡過程曲線進(jìn)行記錄。（四）、用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù) 在實現(xiàn)應(yīng)用中，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)常用下述實驗的方法來確定。用臨界比例度法去整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)是既方便又實用的。它的具體做法是：1）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐步減小調(diào)節(jié)器的比例度δ（即1/P），并且每當(dāng)減小一次比例度δ，待被調(diào)量回復(fù)到平衡狀態(tài)后，再手動給系統(tǒng)施加一個5%~15%的階躍擾動，觀察被調(diào)量變化的動態(tài)過程。若被調(diào)量為衰減的振蕩曲線，則應(yīng)繼續(xù)減小比例度δ，直到輸出響應(yīng)曲線呈現(xiàn)等幅振蕩為止。如果響應(yīng)曲線出現(xiàn)發(fā)散振蕩，則表示比例度調(diào)節(jié)得過小，應(yīng)適當(dāng)增大，使之出現(xiàn)等幅振蕩。圖45為它的實驗方塊圖。圖4具有比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)2）、在圖45系統(tǒng)中，當(dāng)被調(diào)量作等幅蕩時，此時的比例度δ就是臨界比例度，用δk表示之，相應(yīng)的振蕩周期就是臨界周期Tk。據(jù)此，按下表可確定PID調(diào)節(jié)器的三個參數(shù)δ、Ti和Td。 圖4具有周期TK的等幅振蕩 表四 、用臨界比例度δk整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱δkTi(S)Td(S)P2δkPITk/PID3）、必須指出，表格中給出的參數(shù)值是對調(diào)節(jié)器參數(shù)的一個初略設(shè)計，因為它是根據(jù)大量實驗而得出的結(jié)論。若要就得更滿意的動態(tài)過程（例如：在階躍作用下，被調(diào)參量作4：1地衰減振蕩），則要在表格給出參數(shù)的基礎(chǔ)上，對δ、Ti（或Td）作適當(dāng)調(diào)整。五、 實驗報告要求1）、畫出單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。2）、用接好線路的單回路系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)練習(xí)，并敘述無擾動切換的方法。3）、用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，寫出三種調(diào)節(jié)器的余差和超調(diào)量。4）、作出P調(diào)節(jié)器控制時，不同δ值下的階躍響應(yīng)曲線。5）、作出PI調(diào)節(jié)器控制時，不同δ和Ti值時的階躍響應(yīng)曲線。6）、畫出PID控制時的階躍響應(yīng)曲線，并分析微分D的作用。7）、比較P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)無差度和動態(tài)性能的影響。六、 注意事項1）、實驗線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。七、 思考題1）、實驗系統(tǒng)在運(yùn)行前應(yīng)做好哪能些準(zhǔn)備工作？2）、為什么要強(qiáng)調(diào)無擾動切換？3）、試定性地分析三種調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ、（δ、Ti）和（δ、Ti和Td）。的變化對控制過程各產(chǎn)生什么影響？4）、如何實現(xiàn)減小或消除余差？純比例控制能否消除余差？實驗五、串接雙容下水箱液位PID整定實驗一、實驗?zāi)康?）、熟悉單回路雙容液位控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2）、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的控制性能。3）、定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗設(shè)備1）、AE2000A型過程控制實驗裝置、上位機(jī)軟件、計算機(jī)、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。2）、萬用表一只三、實驗原理擾動擾動液位給定上水箱下水箱電動閥智能調(diào)節(jié)儀─+液位變送器圖5雙容水箱液位控制系統(tǒng)的方框圖圖61為雙容水箱液位控制系統(tǒng)。這也是一個單回路控制系統(tǒng)，它與實驗四不同的是有兩個水箱相串聯(lián)，控制的目的是使下水箱的液位高度等于給定值所期望的高度；具有減少或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動的影響。顯然，這種反饋控制系統(tǒng)的性能完全取決于調(diào)節(jié)器Gc（S）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的合理選擇。由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。 對于階躍輸入（包括階躍擾動），這種系統(tǒng)用比例（P）調(diào)節(jié)器去控制，系統(tǒng)有余差，且與比例度成正比，若用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器去控制，不僅可實現(xiàn)無余差，而且只要調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和Ti調(diào)節(jié)得合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的控制作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又使其動態(tài)性能得到進(jìn)一步改善。四、實驗內(nèi)容與步驟設(shè)備的連接和檢查：（1）、關(guān)閉閥14，將AE2000A 實驗對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、首先打開手動閥閥閥閥閥閥15，然后將自動/手動切換開關(guān)打到手動方式上，在手動操作面板上打開主閥門電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥、上水箱閥門電磁閥，一切準(zhǔn)備好后再打開增壓泵的電源開關(guān)。關(guān)閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。（3）、將上下水箱的出水閥：閥閥8開至適當(dāng)開度。（4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2. 對象管路圖：增壓泵、電動調(diào)節(jié)閥和各個手動閥、電磁閥所處狀態(tài)：1）、手動閥：閥閥閥閥閥15均應(yīng)處于打開狀態(tài)，其它手動閥均關(guān)閉。2）、手動操作面板鈕子開關(guān)狀態(tài)：名稱主閥門電磁閥上水箱閥門電磁閥電動調(diào)節(jié)閥增壓泵手動操作面板開開開開其它電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)連線如圖52所示： 圖5實驗接線圖1）、將I/O信號接口板上的下水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF位置。2）、將下水箱液位+（正極）接到任意一個智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的正極），將下水箱液位（負(fù)極）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的負(fù)極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即正極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5端（即負(fù)極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的（即負(fù)極）。4）、電源控制板上的三相電源、單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置。5）、電動調(diào)節(jié)閥的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。6）、智能調(diào)節(jié)儀的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。7）、增壓泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。啟動實驗裝置1）、將實驗裝置電源插頭接到380V的三相交流電源上。2）、打開電源三相帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)，電壓表指示380V。3）、打開總電源鑰匙開關(guān)，按下電源控制屏上的啟動按鈕，即可開啟電源4）、開啟單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)，調(diào)整好儀表各項參數(shù)（儀表初始狀態(tài)為手動且為0）和液位傳感器的零位。（一）、調(diào)節(jié)器控制1）、按圖54所示的結(jié)構(gòu)接成單回路的實驗系統(tǒng)。其中被控對象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。2）、把調(diào)節(jié)器置于“手動”狀態(tài)，其智能儀表的積分時間常數(shù)置于0，微分時間常數(shù)置于0，比例設(shè)置于最大值處，即此時的調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)（P）。3）、開啟相關(guān)儀器和計算機(jī)軟件，進(jìn)入相應(yīng)的實驗，如圖53所示 圖5軟件界面圖4)在開環(huán)狀態(tài)下，利用調(diào)節(jié)器的手動操作開關(guān)把被調(diào)量調(diào)到給定值（一般把液面高度控制在水箱高度的50%處）。5）、觀察計算機(jī)顯示屏的曲線，待被調(diào)量基本穩(wěn)定于給定值后，即可將調(diào)節(jié)器由“手動”位置切換到到“自動”狀態(tài)，使系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)控制運(yùn)行。6）、待系統(tǒng)的輸出趨于平衡不變后，加入階躍擾動信號（一般可通過改變設(shè)定值的大小來實現(xiàn)）五、實驗報告要求1）、畫出雙容水箱液位控制實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。2）、按圖62 要求接好實驗線路，經(jīng)老師檢查無誤后投入運(yùn)行。3）、畫出PID控制時的階躍響應(yīng)曲線，并分析微分D對系統(tǒng)性能的影響。六、注意事項1）、實驗線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。2）、水泵啟動前，出水閥門應(yīng)關(guān)閉，待水泵啟動后，再逐漸開啟出水閥，直至適當(dāng)開度。3）、在老師的指導(dǎo)下，開啟計算機(jī)系統(tǒng)。七、思考題1）、實驗系統(tǒng)在運(yùn)行前應(yīng)做好哪些準(zhǔn)備工作？2）、為什么雙容液位控制系統(tǒng)比單容液位控制系統(tǒng)難于穩(wěn)定？3）、試用控制原理的相關(guān)理論分析PID調(diào)節(jié)器的微分作用為什么不能太大？4）、為什么微分作用的引入必須緩慢進(jìn)行？這時的比例度δ是否要改變？為什么？5）、調(diào)節(jié)器參數(shù)（δ、Ti和Td）的改變對整個控制過程有什么影響？實驗六、鍋爐內(nèi)膽水溫PID整定實驗（動態(tài)）一、實驗?zāi)康?）、了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。2）、研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。3）、改變P、PI、PD和PID的相關(guān)參數(shù)，觀察它們對系統(tǒng)性能的影響。4）、了解PID參數(shù)自整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。二、實驗設(shè)備1）、AE2000A型過程控制實驗裝置，配置：計算機(jī)、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根 2）、計算機(jī)軟件系統(tǒng) 三、實驗原理 圖6溫度控制系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是鍋爐內(nèi)膽溫度給定值，即控制的任務(wù)是控制鍋爐內(nèi)膽溫度等于給定值。根據(jù)控制框圖，采用工業(yè)智能PID調(diào)節(jié)。四、實驗內(nèi)容與步驟設(shè)備的連接和檢查：（1）、關(guān)閉閥14，將AE2000A 實驗對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、首先打開手動閥閥閥閥閥1閥17，然后將自動/手動切換開關(guān)打到手動方式上，在手動操作面板上打開主閥門電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥、鍋爐內(nèi)膽閥門電磁閥，一切準(zhǔn)備好后再打開增壓泵的電源開關(guān)。關(guān)閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。（3）、將鍋爐內(nèi)膽的溢流口出水閥全開。（4）、將鍋爐內(nèi)膽的出水閥：閥10開至適當(dāng)開度。（5）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。對象管路圖：增壓泵、電動調(diào)節(jié)閥和各個手動閥、電磁閥所處狀態(tài)：1）、手動閥：閥閥閥閥1閥17均應(yīng)處于打開狀態(tài)，其它手動閥均關(guān)閉。2）、手動操作面板鈕子開關(guān)狀態(tài)：名稱主閥門電磁閥鍋爐內(nèi)膽閥門電磁閥電動調(diào)節(jié)閥增壓泵手動操作面板開開開開其它電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)連線接線如圖62所示： 圖6實驗接線圖1）、將I/O信號接口面板上的鍋爐內(nèi)膽的鈕子開關(guān)打到OFF位置。2）、將鍋爐內(nèi)膽水溫+（正極）接到任意一個智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的正極），將鍋爐內(nèi)膽水溫（負(fù)極）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的負(fù)極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即正極）接至三相SCR移相調(diào)壓裝置的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5（即負(fù)極）接至三相SCR移相調(diào)壓裝置的4~20mA輸入端的（即負(fù)極）。4）、電源控制板上的三相電源、單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置。5）、電動調(diào)節(jié)閥的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。6）、智能調(diào)節(jié)儀的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。7）、增壓泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。啟動實驗裝置1）、將實驗裝置電源插頭接到380V的三相交流電源。2）、打開電源三相帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)，電壓表指示380V。3）、打開總電源鑰匙開關(guān)，按下電源控制屏上的啟動按鈕，即可開啟電源。4）、開啟單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)，調(diào)整好儀表各項參數(shù)（儀表初始狀態(tài)為手動且為0）和液位傳感器的零位。5）、開啟相關(guān)儀器和計算機(jī)軟件，進(jìn)入相應(yīng)的實驗，如圖63所示：圖6實驗軟件界面6)、通過智能調(diào)節(jié)器把溫度設(shè)定于某給定值（如：將水溫控制在40。C），設(shè)置各項參數(shù)，使調(diào)節(jié)器工作在比例（P）調(diào)節(jié)器狀態(tài)，此時系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)。7）、運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入相應(yīng)的實驗，觀察實時或歷史曲線，待水溫（由智能調(diào)節(jié)器的溫度顯示器指示）基本穩(wěn)定于給定值后，加入階躍擾動（可通過改變智能調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來實現(xiàn)或者打開電磁閥）。觀察并記錄在當(dāng)前比例P時的余差和超調(diào)量。每當(dāng)改變值P后，再加同樣大小的階躍信號，比較不同P時的ess和σp，并把數(shù)據(jù)填入表一中。表一、不同比例度δ時的余差和超調(diào)量