广西大学实验报告
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年月日实验内容指导教师
一、控制系统图
二、实验曲线
1.纯比例（P）控制
（1）P=5，I=3600，D=0
（2）P=10，I=3600，D=0
（4）P=60，I=3600，D=0
2、比例积分（PI）控制（1）P=10，I=10，D=0
（3）P=10，I=60，D=0
3、比例积分微分（PID）控制（1）P=10，I=30，D=5
三、根据曲线，分析P，PI控制大致具有哪些趋势特征。
由图像可知，纯P控制时，P值越大，振荡反应越快；P值小时，系统振荡并逐渐趋于平缓；P值过大时，系统无振荡并平缓接近设定值；且P 控制输出的变化与输入控制器的偏差（设定值与输出值的偏差）成比例关系，偏差越大输出越大。
PI 控制结合P和I控制的优点，其中的比例控制作用使系统反应迅速及时，积分控制作用能消除系统余差，使曲线迅速达到设定值。
四、给出各个控制条件下的衰减比n，超调量/最大偏差，余差e()，以及调整时间。
1.纯比例（P）控制
（1）第一个图像（P=5，I=3600，D=0），其中指第一次波峰值，指第二次波峰值，y()指最终稳态值，指设定值。
根据仪表参数可知，y()=41.90，=40.00
衰减比n==5.8/0.8=7.25
超调量/最大偏差=x100%=x100%=13.84%
余差e()= y()-=41.90-40=1.90
调整时间=200s
（2）第二个图像（P=10，I=3600，D=0），其中指第一次波峰值，指第二次波峰值，y()指最终稳态值，指设定值。
根据仪表参数可知，y()=49.40，=50.00
衰减比n==5/0.01=
超调量/最大偏差=x100%=x100%=10.12%
余差e()= y()-=49.90-50=-0.1
调整时间=160s
2.比例积分（PI）控制
第三个图像（P=10，I=60，D=0），其中指第一次波峰值，指第二次波峰值，y()指最终稳态值，指设定值。
根据仪表参数可知，y()=39.90，=40.00
衰减比n==4.58/0.46=9.95
超调量/最大偏差=x100%=x100%=11.48%
余差e()= y()-=39.90-40.00=-0.1
调整时间=180s
3.比例积分微分（PID）控制
第一个图像（P=10，I=30，D=5），其中指第一次波峰值，指第二次波峰值，y()指最终稳态值，指设定值。
根据仪表参数可知，y()=49.90，=50.00
衰减比n==4.58/0=
超调量/最大偏差=x100%=x100%=9.18%
余差e()= y()-=49.90-50.00=-0.1
调整时间=180s
五、结合这些数据，分析P、I、D参数对控制系统的影响。
1.在纯比例P控制中，P越大，衰减比越大，反映出系统的相应也就越快，但系统存在余差，且余差的大小也受P参数的影响，P越大时余差越小。
2.在纯比例控制P的基础上加入积分I控制后，系统的余差为-0.1可近似当做零处理，从而验证了积分I可以消除系统余差的结论。
3.在比例积分PI的基础上加入微分D控制后，衰减比变大，衰减比略有减小，余差也近似为零。
4.PID各参数对超调量的改变不明显，但对衰减比、余差和调整时间的影响较大。
六、回答思考题。
1.分析积分分量I与被控系统的响应时间有什么关系。如果减少单容系统的容积，那么对控制系统的I是应该增大还是减少？
答：积分作用越强，系统的响应时间就越快；反之，积分作用越弱系统响应时间越长。当减少系统被控对象的容积时，控制系统的积分作用应该减少
2.单容液位控制系统的被控对象时间常数Tp和Kp的大小取决于什么？
答：确定比例增益P时，首先去掉PID的积分项和微分项，使PID为纯正比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%-70%，由0逐渐加大比例增益，直至出现震荡；在反过来，从此时的P逐渐减少，直至系统震荡消失，记录此时的P，设定此PID的比例增益为当前PID的60%-70%，此时P调试完成。
七、实验总结
通过该实验的学习, 熟悉了单回路反馈控制系统的组成和工作原理及其单
回路控制系统的投运和无扰动切换方法。在该实验的学习中，学会了定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响以及PID参数整定的工程实践方法——扩充临界曲线法。同时，通过该次试验，了解了水箱液位控制系统的结构及其工作原理。
