2024年5月22日发(作者：谌玲琳)
实验一 一阶单容水箱对象测试实验
1.做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？
出水阀的开度是用来改变出水量的，改变水箱泄水的过程。改变出水阀的开度会给系统带来
干扰，造成系统不稳定，影响实验特性。
2. 2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？
答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放
大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。
3．如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因
若采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱变化到得快
原因：因为中水想的截面积比下水箱的要小，上升相同都得液位高度，下水箱要更长的时间。
实验二 单容水箱液位定值控制
1． 如果采用下水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。
采用下水箱做实验，，其滞后时间会更短，
原因：因为水的回路变的更短，其响应曲线会上升的更快
2． 2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
（1） 改变比例度会使调节器的参数改变，这可能让系统稳定性受一定程度的影响，增
大比例度会使得其超调量增大，使得系统变得不稳定。
（2） 改变积分时间会使得系统的精度提高，但是可能造成积分饱和。
3． 根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静动态性能
分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为
比例系数会加大幅值；再加入积分后，系统的静态误差明显减小，但调节时间延长，因为
微分具有超前的作用，增加系统的稳定度。
4.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响
书上10页
5.分析P,PI,PD,PID四种控制规律对本实验系统的作用
P:是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差
PI：PI调节中调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I调节会降低系
统的稳定性。
PD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，振荡周期变短，减小了误差，但是微分
抗干扰能力，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。
PID:常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。
实验三 串级控制试验
1． 试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力？如果副对象的
时间常数与主对象的时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量的影响是否仍很小，
为什么？
（1）当扰动进入副回路后，首先，副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值
控制作用，及时调节操控变量，使副被控变量恢复到设定值，也使扰动对主被控变量的影
响减少，即主回路对扰动细调，副回路对扰动粗调，因此串级控制系统对主扰动（二次扰
动）具有很强的抗扰能力
（2）如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时很有可能发生共振现象，使
得副环的工作频率处于谐振频率，其相角接近180度，从而使副环增益为负，形成正反馈，
出现共振现象，二次扰动对主控制量的影响会很大。
2． 当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统
的动态性能有何改进？
改进在于：副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值控制作用，及时调节操控
变量，使副被控变量恢复到设定值，也使扰动对主被控变量的影响减少，即主回路对扰动
细调，副回路对扰动粗调，因而使系统能更快的趋于稳定，调整时间缩短，并且比较准确
的恢复到最开始的设定值。
3． 3．串级控制系统投运前需要作好那些准备工作？主、副调节器的正反作用方向如何
确定？
（1）串级控制系统投运前需要将主副控制器的参数整定好，设置好回路的设定值，同时
要设置好实验装置各个开关的初始状态。
（2）根据安全运行准则，选择控制阀的气开和气关类型
根据工艺条件确定副被控对象的特性，操控变量增加时，副被控变量增加，kp2为
正，反之为负；
根据负反馈准则，确定副控制器的正反作用
根据负反馈准则，确定在主控方式时主控制器正反作用是否要更换。当副控制器
是反作用控制时，主控制器从串级方式切换到主控方式时，不需要更换主控制器的作用方
式。当副控制器是正作用控制时，主控制器从串级方式切换到主控方式时主控制器系统为
负反馈，，应更换为原来的作用方式。
4． 4．为什么本实验中的副调节器为比例（P）调节器？
因为副回路既是随动控制系统又是定值控制系统，对于消除余差没有要求，可
不采用I，所以通常选用大比例度的P控制作用。
5． 5．改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理
论上给予说明。
一定范围内，副控制器P参数增大，副回路输出最大动态偏差增大，振荡周期和恢复周期
更短，震荡更剧烈，使得副控制器的输出更有利于及时跟踪主控制器的输出，，及时调节执
行器的输出，使得串级控制系统更有利于及时克服进入副环扰动的影响，提高控制系统的控
制品质，提高抗干扰能力，但P参数过大会使得副控制器的输出余差增大，导致副控制器
反映主控制器输出的精确性。
6． 6．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？
原因：（1）能迅速克服进入副回路扰动；
（3） 改善致空气的广义对象特性，提高工作效率；
（4） 自适应能力加强
（5） 能够更精确的控制操纵变量的流量；
（6） 可实现灵活的操作方式。
2024年5月22日发(作者：谌玲琳)
实验一 一阶单容水箱对象测试实验
1.做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？
出水阀的开度是用来改变出水量的，改变水箱泄水的过程。改变出水阀的开度会给系统带来
干扰，造成系统不稳定，影响实验特性。
2. 2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？
答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放
大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。
3．如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因
若采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱变化到得快
原因：因为中水想的截面积比下水箱的要小，上升相同都得液位高度，下水箱要更长的时间。
实验二 单容水箱液位定值控制
1． 如果采用下水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。
采用下水箱做实验，，其滞后时间会更短，
原因：因为水的回路变的更短，其响应曲线会上升的更快
2． 2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
（1） 改变比例度会使调节器的参数改变，这可能让系统稳定性受一定程度的影响，增
大比例度会使得其超调量增大，使得系统变得不稳定。
（2） 改变积分时间会使得系统的精度提高，但是可能造成积分饱和。
3． 根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静动态性能
分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为
比例系数会加大幅值；再加入积分后，系统的静态误差明显减小，但调节时间延长，因为
微分具有超前的作用，增加系统的稳定度。
4.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响
书上10页
5.分析P,PI,PD,PID四种控制规律对本实验系统的作用
P:是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差
PI：PI调节中调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I调节会降低系
统的稳定性。
PD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，振荡周期变短，减小了误差，但是微分
抗干扰能力，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。
PID:常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。
实验三 串级控制试验
1． 试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力？如果副对象的
时间常数与主对象的时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量的影响是否仍很小，
为什么？
（1）当扰动进入副回路后，首先，副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值
控制作用，及时调节操控变量，使副被控变量恢复到设定值，也使扰动对主被控变量的影
响减少，即主回路对扰动细调，副回路对扰动粗调，因此串级控制系统对主扰动（二次扰
动）具有很强的抗扰能力
（2）如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时很有可能发生共振现象，使
得副环的工作频率处于谐振频率，其相角接近180度，从而使副环增益为负，形成正反馈，
出现共振现象，二次扰动对主控制量的影响会很大。
2． 当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统
的动态性能有何改进？
改进在于：副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值控制作用，及时调节操控
变量，使副被控变量恢复到设定值，也使扰动对主被控变量的影响减少，即主回路对扰动
细调，副回路对扰动粗调，因而使系统能更快的趋于稳定，调整时间缩短，并且比较准确
的恢复到最开始的设定值。
3． 3．串级控制系统投运前需要作好那些准备工作？主、副调节器的正反作用方向如何
确定？
（1）串级控制系统投运前需要将主副控制器的参数整定好，设置好回路的设定值，同时
要设置好实验装置各个开关的初始状态。
（2）根据安全运行准则，选择控制阀的气开和气关类型
根据工艺条件确定副被控对象的特性，操控变量增加时，副被控变量增加，kp2为
正，反之为负；
根据负反馈准则，确定副控制器的正反作用
根据负反馈准则，确定在主控方式时主控制器正反作用是否要更换。当副控制器
是反作用控制时，主控制器从串级方式切换到主控方式时，不需要更换主控制器的作用方
式。当副控制器是正作用控制时，主控制器从串级方式切换到主控方式时主控制器系统为
负反馈，，应更换为原来的作用方式。
4． 4．为什么本实验中的副调节器为比例（P）调节器？
因为副回路既是随动控制系统又是定值控制系统，对于消除余差没有要求，可
不采用I，所以通常选用大比例度的P控制作用。
5． 5．改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理
论上给予说明。
一定范围内，副控制器P参数增大，副回路输出最大动态偏差增大，振荡周期和恢复周期
更短，震荡更剧烈，使得副控制器的输出更有利于及时跟踪主控制器的输出，，及时调节执
行器的输出，使得串级控制系统更有利于及时克服进入副环扰动的影响，提高控制系统的控
制品质，提高抗干扰能力，但P参数过大会使得副控制器的输出余差增大，导致副控制器
反映主控制器输出的精确性。
6． 6．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？
原因：（1）能迅速克服进入副回路扰动；
（3） 改善致空气的广义对象特性，提高工作效率；
（4） 自适应能力加强
（5） 能够更精确的控制操纵变量的流量；
（6） 可实现灵活的操作方式。