实验三 管道流量定值控制实验
一、实验目的
1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。 2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。 3）、了解PID 整定方法。 二、实验配置清单
表2-1、管道流量定值控制实验配置清单
三、实验面板位图和实验电气连接图 1、实验信号实物连接图
图2-5、实验信号实物连接图
2、实验仪表参数表
表2-2、智能转速流量积算仪1、智能调节仪1参数表
3、实验原理
用临界比例度法整定调节器的参数，在实际应用中，PID 调节器的参数常用下述实验的方法来确定，具体的做法是：
1）、待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度δ，并且每当减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，然后观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈等幅振荡为止，如果响应曲线出现发散，则表示比例度调得过小，应适当增大，使被调量变为等幅振荡。如图2-8所示。
图2-8、具有周期TK 的等幅振荡
图
2-8、具有比例调节器的闭环系统
2）、使系统作等幅振荡的比例度δ称为临界比例度，用δk 表示之，相应的振荡周期就是临界振荡周期Tk 。按下表可确定PID 调节器的三个参数δ、Ti 和Td 。
六、实验报告要求
1）、画出流量控制系统的实验线路图。
2) 、作出P 调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。
δ的值分别为0，0.2,0.4,0.6,0.8,1,2。
4）、作出PI 调节器控制时，不同δ和Ti 值时的阶跃响应曲线。
八、思考题
1）、从理论上分析调节器参数(δ、Ti) 的变化对控制过程产生什么影响？ 答： 控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
2）、消除系统的余差为什么采用PI 调节器，而不采用纯积分器？ 答：适当的引入积分环节可以减小余差。加上比例环节可以使得我们能够获得稳定的阶跃响应曲线。如果单纯使用纯积分环节，系统的输出会比正常的减少，无法满足我们的设计的需要。
实验三 管道流量定值控制实验
一、实验目的
1）、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。 2）、熟悉单回路流量控制系统的组成。 3）、了解PID 整定方法。 二、实验配置清单
表2-1、管道流量定值控制实验配置清单
三、实验面板位图和实验电气连接图 1、实验信号实物连接图
图2-5、实验信号实物连接图
2、实验仪表参数表
表2-2、智能转速流量积算仪1、智能调节仪1参数表
3、实验原理
用临界比例度法整定调节器的参数，在实际应用中，PID 调节器的参数常用下述实验的方法来确定，具体的做法是：
1）、待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度δ，并且每当减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，然后观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈等幅振荡为止，如果响应曲线出现发散，则表示比例度调得过小，应适当增大，使被调量变为等幅振荡。如图2-8所示。
图2-8、具有周期TK 的等幅振荡
图
2-8、具有比例调节器的闭环系统
2）、使系统作等幅振荡的比例度δ称为临界比例度，用δk 表示之，相应的振荡周期就是临界振荡周期Tk 。按下表可确定PID 调节器的三个参数δ、Ti 和Td 。
六、实验报告要求
1）、画出流量控制系统的实验线路图。
2) 、作出P 调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。
δ的值分别为0，0.2,0.4,0.6,0.8,1,2。
4）、作出PI 调节器控制时，不同δ和Ti 值时的阶跃响应曲线。
八、思考题
1）、从理论上分析调节器参数(δ、Ti) 的变化对控制过程产生什么影响？ 答： 控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
2）、消除系统的余差为什么采用PI 调节器，而不采用纯积分器？ 答：适当的引入积分环节可以减小余差。加上比例环节可以使得我们能够获得稳定的阶跃响应曲线。如果单纯使用纯积分环节，系统的输出会比正常的减少，无法满足我们的设计的需要。