单容水箱液位PID控制系统
一、实验目的
1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。3、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。4、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。
二、实验设备
1、THKGK1型过程控制实验装置：GK02、GK03、GK04、GK072台
2、万用表一只3、计算机系统
三、实验原理
1、单容水箱液位控制系统
图71、单容水箱液位控制系统的方块图
图71为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反
馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要
求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影
响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、
且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广
泛地应用。
当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好
坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参
数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得
不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常
工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控
制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是
十分重要的工作。
图72单容液位控制系统结构图
系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能
及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。
一般言之，具有比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响
到余差的大小，而且也与系统的动态性能密
切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分
的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要Tc
2
3
1
ess
1
0
ts
f参数δ，Ti选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在
PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态
性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图
73中的曲线①、②、③所示。
四、验内容与步骤
图73、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
1、比例（P）调节器控制1）、按图71所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是
上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。2）、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过r