单容水箱液位PID控制实验：理解P, PI, PID调节器影响

"本实验主要涉及单容水箱液位PID控制系统的原理和设计，旨在让学生了解和掌握单回路反馈控制系统的构成和运作机制。实验通过对比P、PI和PID调节器的效果，研究其对系统阶跃响应和抗扰动性能的影响，并分析参数变化对系统性能的定性影响。实验设备包括THKGK-1型过程控制实验装置、万用表和计算机系统。" 实验原理部分： 单容水箱液位控制系统是一个常见的过程控制教学模型，通常包含一个水箱，液位作为被控制量，通过泵和阀门来控制进水量和排水量。系统通过液位传感器检测实际液位，并与设定值进行比较，误差信号通过PID控制器处理后，调节阀门开度，从而控制液位。图1展示了单容水箱液位控制系统的方块图，其中包含了控制器、执行器、被控对象和测量装置等关键元素。 实验内容与步骤： 1. 比例（P）调节器控制： 在这个阶段，系统首先设置为开环状态，调整传感器零点和增益，然后切换至闭环运行。通过改变比例系数δ，观察系统对扰动的反应，记录过渡过程曲线和余差，以评估P调节器的性能。 2. 比例积分（PI）调节器控制： 在P调节的基础上引入积分作用，目的是消除稳态误差。通过调整积分时间常数Ti和比例系数δ，观察被调量的动态响应，记录超调量σp，寻找合适的参数组合，使系统在阶跃扰动下能无余差回归设定值。 实验目的： - 理解单回路反馈控制系统的组成和工作原理，这涉及到控制器、传感器、执行器和被控对象之间的交互。 - 分析P、PI和PID调节器对系统阶跃响应的影响，理解不同调节器类型在动态性能上的差异。 - 研究各种调节器对系统抗扰动能力的作用，例如在扰动后系统如何恢复到设定值。 - 定性分析调节器参数变化对系统性能的影响，例如超调量、响应速度和稳态误差。 通过这个实验，学生可以深入学习PID控制理论，并通过实践操作掌握PID控制器的参数调整，为后续的工业过程控制打下坚实的基础。