水箱液位定值控制实验（自动控制原理实验五双容水箱液位PID整定实验）

自动控制原理实验课程进入斐之学堂微信公众号啦，同学们可以提前开展实验预习，确保做实验不盲目；课后可以跟踪学习，确保实践后理论不掉线，再次反思理论课的意义哦！希望大家多提宝贵意见！

本学期的《自动控制原理实验》课程，共开出实验设备和系统认识实验、单容水箱特性测试实验、双容水箱特性测试实验、单容水箱液位PID整定实验、双容水箱液位PID整定实验、液位串级控制实验六个实验，将分六期推出，本期推出实验五：双容水箱液位PID整定实验。

课堂上，实验老师只简单讲解实验目的、实验设备、实验原理和实验步骤，实验操作很简单，学生自主完成。实验从建模到控制，实现了一个跨越，难度陡然增大，另外，理论课中关于PID控制，属于校正的范畴，也是课程的难点，在实验前多多了解理论知识，把握PID控制的内涵，将对完成实验具有很大的帮助。本次实验建立在掌握单容水箱液位PID整定实验的基础上，在前期实验掌握的基础上，难度相对降低。

熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理；分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线；定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。实验的目的很明确，但透过实验目的本身看，由于对PID不了解，达到实验目的，便有了一定的困难。所以，做好本次实验的理论储备，是本次实验的关键。

实验设备，简言之，控制器加被控对象。硬件是基础，基本上保持不变，控制算法和软件，灵活多变。

在学习原理时，需要搞清楚什么是单回路控制系统？什么是二阶系统？需要搞清如何绘制系统的方框图，搞清被控对象、被控量、输入量、扰动量、反馈回路、比较环节、测量环节等。

PID控制器中，比例、积分、微分的作用要清楚，能够结合传递函数、根轨迹、伯德图等，分析参数变化对系统的影响，用PID控制的理论储备支撑实验操作，指导实验操作。本部分内容需要同学们在课下认真学习，做好基础知识储备。

在操作被控对象时，电源是关闭的，动力支路是停运的。养成良好的实验安全习惯，才能安全地走出实验室，走进企业和工厂。

控制系统接线时，需要断电操作，明确系统的输入输出。本次实验的被控量为中水箱液位。

以上关于设备的启动，只要根据规程操作即可，需要掌握MCGS组态软件的使用，在此基础上开展实验。

以上为进行P整定的实验，需要得到比例系数分别为大、中、小的三条曲线，结合曲线进行定性、定量分析。

以上为进行PI整定的实验，需要得到6条实验曲线，一是比例系数固定，积分时间分别为大、中、小的三条曲线，二是积分时间固定，比例系数分别为大、中、小的三条曲线，结合曲线进行定性、定量分析。

以上为进行PID整定的实验，需要得到比例系数和积分时间固定，微分时间分别为大、中、小的三条曲线，结合曲线进行定性、定量分析。

关于PID整定的方法很多，传统的有临界比例度法，衰减曲线法等。除此之外，各种先进的智能PID整定算法层出不穷，有很广阔的学习空间。

本实验项目可以支撑能够针对所设计的电气工程领域复杂工程问题的实验方案，构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据，了解二阶系统的构建和控制方法，掌握双容水箱液位控制系统的实验操作，能够进行比例、积分、微分等相关参数调节，分析参数对系统响应的影响；通过数据分析和波形分析，求出二阶系统的控制曲线，并通过计算分析，给出PID调节器的整定和设计方法。本次实验后，需要结合实验过程、实验数据、实验思考等，完成一份实验报告（所有实验的标配）。

需要说明的是，本次实验为双容水箱系统，控制的难度更大，要有做不出实验的心理准备，并结合理论分析，给出应对策略。实验不仅仅是得到了12条控制曲线，而是控制曲线背后的控制理论及其应用本身。PID整定属于控制系统设计的范畴，而设计是建立在分析的基础之上的，所以，只有很好地把握了控制系统的分析（时域分析、根轨迹分析、频率特性分析）后，才能在分析的基础上进行控制系统设计。