实验一 过程广义对象的测试和传递函数的确定
一、实验目的要求
目的：1.通过实验了解广义对象的组成及原理，掌握广义对象的测试方法。
2.了解不同广义对象的阶跃响应特性的特点。 3.掌握由阶跃响应特性求广义对象传递函数的方法。 要求：
作好实验前的准备工作，阅读实验内容，复习有关广义对象传递函数的理论推导方法及理想结果。 二、实验内容
1.压力广义对象特性的测试
（1）压力测试管道图。压力广义对象由密封的不锈钢罐，提升泵，变频器，电动调节阀，压力传感器及变送器组成。
压力广义对象测试线路图 （2）操作：
第一种情况：①接通密封罐的进水和出水管道上的手动开关F01,F02,F10,F08，关闭手动开关F03,F04,F09,F11。
②放水的电动调节阀开度为50%。
③接通计算机电源，启动组态软件KingView，进入压力曲线显示图形画面。
④打开设备电源，将设备手动开关接通，启动变频器输出设定频率为20HZ，提升泵电动机转动抽水进入压力罐，使P增加，达到最终平衡状态。
⑤改变提升泵频率为30HZ，记录压力变化趋势曲线，并对其特性进行分析。
第二种情况：固定提升泵频率f=40HZ，使压力初始值为某一恒定值，将电动调节阀放水阀门开度突然变为70%，观测压力变化曲线。 2. 流量广义对象特性的测试 （1）广义对象的管道线路图
流量广义对象测试线路图
流量广义对象由流量传感器，变频器，提升泵，进水管道，开口水箱，放水阀组成。 （2）操作：
第一种情况：①将进水管道和流量测试管道的手动开关接通，放水手动阀F13关闭，电动调节阀开度为50%。
②打开计算机，启动组态软件KingView，让其进入流量曲线画面。
③打开设备电源，将设备手动开关接通，设定变频器输出频率为20HZ，记录流量稳态值。 ④改变提升泵频率为40HZ，记录流量变化曲线，并对其特性进行分析。
第二种情况：将变频器频率设定为20HZ，使对象回到原来状态，改变电动调节阀开度为70%，观测流量变化曲线并记录。
（3）将流量传感器接到输出管道，测量输出流量特性。 操作：
第一种情况：①打开计算机，启动组态软件KingView，进入流量曲线画面，设定f=30HZ，电动调节阀开度设定50%，使流量达到平衡状态，记录稳定的流量值。
②打开设备电源，将设备手动开关接通，变频器频率改为40HZ，观测流量变化曲线并记录。 第二种情况：将变频器频率设定为30HZ，使对象回到原来状态，改变电动调节阀开度为70%，观测流量变化曲线并记录。
输出流量特性测试线路图 3.液位广义对象特性的测试 （1）管道线路图
液位广义对象由开口水箱，提升泵,变频器，差压液位传感器和变送器组成。
液位广义对象测试线路图 （2）操作：
第一种情况： ①关闭手动阀F13，电动调节阀开度为50%。
②接通进水管道的手动阀，保证进出水畅通，其余手动开关关闭。 ③打开计算机，启动组态软件KingView，让其进入液位曲线画面。
④打开设备电源，将设备手动开关接通，并设定变频器的频率为15HZ，让液位处于某初始平衡状态。
⑤改变提升泵频率为35HZ，观测液位变化曲线并记录，。
第二种情况：将变频器频率f固定在40HZ，使液位上升到400mm处，突然打开电动调节阀，开度为70%，观测液位变化曲线。 三、实验报告
1.分别记录压力、流量、液位广义对象的阶跃响应特性曲线。辨识其传递函数结构形式及参数。
2.广义对象有无纯滞后现象，若有，是如何产生的？
实验二 压力、液位、流量数字PID控制系统实验
一、实验目的要求
目的：1.通过实验进一步了解PID算法的离散化和编程。
2.掌握PID参数整定方法。
要求：1.复习实验指导书，熟悉压力、液位、流量广义对象的特性参数。
2.复习PID参数整定方法。 二、实验内容
1.压力单回路控制系统实验 （1）管道线路图
压力单回路控制系统管道线路图
（2）操作：
①将进水管上手动阀放在接通位置。 ②放水电动调节阀开度为50%。
③打开计算机，启动组态软件KingView，进入压力曲线画面。
④设定压力给定值及KP=1，KI=0，KD=0，点击自动实验一。接通电源开关，则闭环控制系统工作，记录压力的时间响应曲线并计算质量指标值。
⑤按4：1衰减曲线及压力广义对象特性参数算出KP，KI，KD值，并设定在显示屏幕有关项目下，重做第二次实验，记录压力时间响应曲线并计算出质量指标值。
2.液位单回路控制系统实验 （1）管道线路图:
液位单回路控制系统管道线路图
（2）操作：
①将进入液箱的入水管道上手动开关打开，其余手动开关关闭，放水电动调节阀开度设为50%。
②打开计算机，启动组态软件KingView，进入液位曲线显示画面，设置液位给定值，并设KP=1，KI=0，KD=0，点击自动实验一。接通设备电源，打开设备手动开关，则液位闭环控制系统工作，记录液位响应曲线并分析动态质量。
③打开放水阀，使液位回到设定初始位置，按4：1及液位广义对象的响应特性的参数，算出KP，KI，KD值并设置在屏幕上，重新设定液位给定值，点击自动，记录液位上升变化曲线，分析计算动态质量。 3.流量单回路控制系统实验 （1）管道线路图：
流量单回路控制系统管道线路图
（2）操作：
①把流量传感器接入输入通道，接通相关手动阀，关闭相关手动阀。 ②打开计算机，启动组态软件KingView，进入流量曲线显示画面。
③在屏幕上设置流量给定值，并设KP=1，KI=0，KD=0，点击自动实验一，接通设备电源，打开设备开关，则闭环控制系统工作，记录流量时间响应变化曲线，分析计算其动态质量。 ④根据4：1及流量广义对象的特性参数，算出PID整定参数，设置在屏幕上，重做实验。 五、实验报告
1.绘出未校正时压力、液位、流量的响应曲线，计算出质量指标值。 2.绘出校正后压力、液位、流量的PID参数值及响应曲线和质量指标。 3.分析P，I，D参数对各单回路动态质量的影响。
实验三 串级控制系统实验
一、实验目的要求 目的：
1.通过实验，进一步了解串级控制系统的组成原理。 2.加深理解串级控制系统的特点。 3.掌握串级控制系统PID参数整定的方法。 要求：
1.复习实验指导书的内容。
2.复习串级控制系统组成方法和特点。 二、实验内容
1.液位——流量串级控制系统 （1）实验装置图
系统由液位水箱，提升泵，变频器，差压液位传感器，变送器，涡轮流量传感器，变送器放水电动阀和计算机组成。
液位—流量串级控制系统实验装置图
（2）操作：
①将流量传感器接入输入管道，放水电动阀开度为50%。 ②打开计算机进入液位-流量串级控制显示画面。
③设置液位给定值，整定P，I，D参数，使液位变化曲线质量较好，且达到稳态，并记录曲线（先调副调节器的，后调主调节器）。
④突然改变放水电动阀开度为70%，使Qo发生变化，观测流量和液位的变化，记录结果。 ⑤去掉副回路的调节器直接由LC控制，设置主调节器参数如前面值，放水阀开度为50%，改变放水阀开度为70%，观测液位变化曲线并记录。 ⑥比较有副回路和无副回路时抗干扰的能力。 2.压力—流量串级控制系统 （1）实验装置图
压力—流量串级控制系统管道线路图
系统由密封压力罐，压力传感器，变送器，提升泵，变频器，流量传感器，变送器，计算机等组成。 （2）操作：
①将流量传感器接入进水管道。
②打开计算机进入压力-流量串级控制曲线显示画面。
③设置压力给定值，整定副回路的调节器参数及主回路调节器参数。 ④突然将放水电动阀开度置70%，观测压力的变化趋势曲线。
⑤去掉流量调节器，直接由压力调节器输出控制触发电路工作情况下，在原设定压力情况下，突然将电动调节阀开度设为70%,观测压力变化曲线。 ⑥比较有副回路和无副回路抗干扰能力。 三、实验报告
1.画出各串级控制系统的时间响应曲线（PID整定前后的数值及曲线）。 2.将单回路克服干扰与串级控制克服干扰的结果对比。 3.心得体会。
