實(shí)驗(yàn)四 液位串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉串級控制系統(tǒng)的定義、組成、結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握串級控制系統(tǒng)主、副控制器PID控制規(guī)律的選擇掌握串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)方法。掌握串級控制系統(tǒng)主、副控制器參數(shù)的整定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)四串級控制系統(tǒng)

過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、連接導(dǎo)線三、串級控制系統(tǒng)定義、組成、框圖、原理1、定義2、組成由7個部分組成（即1臺主調(diào)、1臺副調(diào)，1臺執(zhí)行器、1個主對象，1個副對象、

1臺主變送器、1臺主變送器）3、框圖由主、副兩臺控制器、一臺執(zhí)行器、主、副兩個被控對象和主、副兩臺測量變送器組成的雙閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)叫串級控制系統(tǒng)。（1）調(diào)節(jié)閥確定為氣開閥（電開閥）“+”，副對象為“+”，則副調(diào)節(jié)器選“－”

；由于主對象“+”、則主調(diào)節(jié)器為“－”（2）二次干擾下，若D1→△h2↓→調(diào)節(jié)閥“+”開度↑→測量值PV2↓→e2↓→副調(diào)節(jié)器“－”輸出↑進(jìn)入水槽流量↑△h2↑（平穩(wěn)）4、工作過程8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾D180%30%內(nèi)給SP2－2水槽副被控對象PV20～10mA副調(diào)節(jié)器副變量h2

e2副測量變送器主變量

h30～10mA+－PV1主調(diào)節(jié)器給定SV1MV13水槽主被控對象

e1主測量變送器30%80%（3）若D2→△h3↓→測量值PV1↓→e1↓→主調(diào)節(jié)器(－)輸出↑水槽1進(jìn)水流量↑△h3↑（平穩(wěn)）→副調(diào)節(jié)器(+)輸出↑→e2↓調(diào)節(jié)閥(+)開度↑8mA3mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾D1(s)80%30%內(nèi)給SP2－1水槽副被控對象PV20～10mA副調(diào)節(jié)器副變量h1

e2副測量變送器主變量

h20～10mA+－PV1主調(diào)節(jié)器給定SV1MV12水槽主被控對象

e1主測量變送器30%80%4、工作過程D2流量計(jì)Ⅱ液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ主調(diào)節(jié)器Ⅰ記錄儀伺服放大器1流量計(jì)ⅠLT3LT2LT1mAmA35電動閥流量計(jì)手動閥2461水龍頭水泵加法器副調(diào)節(jié)器Ⅱ水槽恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ伺服放大器2Ⅰ

Ⅱ切換開關(guān)電動閥四、實(shí)驗(yàn)接線流量計(jì)Ⅱ液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ變頻器S500主調(diào)節(jié)器Ⅰ記錄儀牛頓模塊A/DI-7017流量計(jì)ⅠLT3LT2LT1mAmA35電動閥流量計(jì)手動閥2461水龍頭水泵加法器副調(diào)節(jié)器Ⅱ水槽設(shè)置U2按鈕五、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)記錄5.啟動兩臺水泵。2、將水龍頭1、2打開，其余關(guān)閉，使干擾作用落在副回路內(nèi)。4、主、副控制器均搬到“硬手動”，主控制器打內(nèi)給定，副控制器打外給定。副控制器輸出調(diào)為30％（3mA）。主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用開關(guān)都搬到“反”位置。調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器手動撥盤使其輸出表頭指示30％（3mA）處。3、開關(guān)K搬到Ⅰ端，調(diào)恒流器Ⅰ輸出=3mA。K搬到Ⅱ端，調(diào)恒流器Ⅱ輸出=8mA

3、鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)界面中的“設(shè)置U2”按鈕，調(diào)U2=25%鼠標(biāo)單擊“水箱3液位控制器”，調(diào)手動輸出值MV=50%4、將主、副控制器設(shè)為手動，即用鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)界面中主、副控制器的“手動”按鈕。6.（模擬系統(tǒng)）主調(diào)節(jié)器設(shè)定為PI控制（δ＝85%~90％（0.8）、Ti＝220~230秒、Td＝0），副調(diào)節(jié)器設(shè)定為P

控制（δ＝35％、Ti

＝∞

秒、Td

＝0）。當(dāng)液位穩(wěn)定，按先主后副把主、副調(diào)節(jié)器以無擾動的方式投入自動。曲線4:1波形較好6.（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）（1）將主控制器設(shè)定為PI控制,副控制器設(shè)為P控制（具體PID參數(shù)見下表）（2）當(dāng)液位穩(wěn)定后，按先主后副把主、副調(diào)節(jié)器以無擾動的方式投入自動。7.開關(guān)K從Ⅱ打到加入Ⅰ干擾

（鼠標(biāo)單擊“設(shè)置U2”按鈕，調(diào)U2=（38%）

，觀察記錄儀曲線主、副被控參數(shù)h3h2是否達(dá)到4∶1衰減，若達(dá)到，則副調(diào)節(jié)器PI參數(shù)整定完畢，否則，適當(dāng)改變δ值、Ti值重新整定，直到4∶1衰減出現(xiàn)。這一次曲線記入下表第1次表格H2內(nèi)給SP1副測量變送器DBC－211－水槽ⅡPV20～10mA副調(diào)節(jié)器DTL－321主被控參數(shù)H30～10mA+－主測量變送器DBC－211PV1水槽Ⅲ主調(diào)節(jié)器DTL－321給定值SP6.5mA4mA恒流器Ⅰ恒流器Ⅱ干擾MV2MV1主、副控制器PID參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)得到的曲線對實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析做第1次副調(diào)節(jié)器（P）δ＝80％KC=1TI＝∞

TI＝∞TD＝0TD＝0主調(diào)節(jié)器（PI）δ＝35％KC=1.5TI＝185s

TI＝15sTD＝0

TD＝0副被控參數(shù)分析結(jié)論：由上述數(shù)據(jù)可知衰減比n=3:1＜4:1，即副被控參數(shù)h2沒有達(dá)到4:1衰減，即主、副控制器PID整定得不合適。調(diào)整PID參數(shù)后，重新做第二次整定，直到n≥4:1為止3主被控參數(shù)分析結(jié)論：由上述數(shù)據(jù)可知衰減比n=2.5:1＜4:1，即主被控參數(shù)h3也沒有達(dá)到4:1衰減，即主副調(diào)節(jié)器PID整定得不合適。調(diào)整PID參數(shù)后，重新做第二次整定，直到

n≥4﹕1為止。2.5主、副調(diào)節(jié)器PI參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)得到的曲線對實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析做第2次副調(diào)節(jié)器δ＝85％KC=1TI＝∞TI＝∞TD＝0TD＝0主調(diào)節(jié)器δ＝35％KC=1.1TI＝160STI＝12sTD＝0TD＝0副被控參數(shù)分析結(jié)論：由上述數(shù)據(jù)可知衰減比n=4:1，即副被控參數(shù)h2達(dá)到了4:1衰減，即副調(diào)節(jié)器PID整定得比較合適。滿足了PID參數(shù)整定要求，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。主被控參數(shù)分析結(jié)論：由上述數(shù)據(jù)可知衰減比n=4.5:1＞4:1，即主被控參數(shù)h3也達(dá)到4:1衰減，即主調(diào)節(jié)器PID整定得比較合適。滿足了PID參數(shù)整定要求，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。副調(diào)節(jié)器PID參數(shù)保持上一步的不變，則用上述方法整定主調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定。這一次曲線記入上表第2次做表格重新確定干擾通道上的水龍頭開關(guān)位置，使干擾落在副環(huán)之外，主環(huán)之內(nèi)。等主副參數(shù)穩(wěn)定后，開關(guān)K從Ⅱ打到加入Ⅰ干擾[鼠標(biāo)單擊實(shí)驗(yàn)界面中的“設(shè)置U2”按鈕，調(diào)U2=4mA（40%）]

，加入一個階躍干擾，記錄下該調(diào)節(jié)過程，這一次曲線記入上表第3次做表格。被控參數(shù)h30～10mA+－測量變送器DBC－211PV1水槽Ⅲ主調(diào)節(jié)器DTL－321給定值SP干擾h2內(nèi)給SP1測量變送器DBC－211－水槽ⅡPV20～10mA副調(diào)節(jié)器DTL－321MV第1次做U1=50%U2=25%~40%第2次做U1=50%U2=25%~40%主控制器副控制器第3次做U1=50%U2=25%~40%主控制器副控制器第3次做U1=50%U2=38%主控制器副控制器第4次做U1=50%U2=25%~40%第5次實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)U1=50%干擾U2=28%~38%結(jié)果：效果比較好五、回答思考題

1.干擾落在副回路之外，即主環(huán)之內(nèi)有什么結(jié)果？答:（1）干擾落在副回路之外，即主回路之內(nèi)時(shí)可用下圖表示：H2內(nèi)給SP1副測量變送器DBC－211－水槽ⅡPV20～10mA副調(diào)節(jié)器DTL－321被控參數(shù)H30～10mA+－主測量變送器DBC－211PV1水槽Ⅲ主調(diào)節(jié)器DTL－321給定值SP干擾

（2）上圖中干擾是作用在副回路之外，主回路之內(nèi)，雖然是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但并沒有發(fā)揮其副回路對干擾的“預(yù)先調(diào)節(jié)”、“粗調(diào)”的作用。所以這種情況只會有單回路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果，而不會有串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果。2、串級控制統(tǒng)中主、副變量應(yīng)如何選擇？副變量的選擇原則是：（1）主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系，副變量的變化應(yīng)在很大程度上能影響主變量的變化。（2）通過對副變量的選擇，使所構(gòu)成的副回路能包含系統(tǒng)的主要干擾。（3）在可能的情況下，應(yīng)使副回路包含更多的主要干擾，但副變量又不能離主變量太近。

（4）副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生。答：主變量的正確選擇是關(guān)系到系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期控制效果的重要因素，選擇原則是：（1）主變量應(yīng)是反映工藝操作狀態(tài)的重要變量。（2）主變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要加以頻繁控制的變量。（3）主變量應(yīng)是能測量的、變化靈敏的、獨(dú)立可控的變量。（4）還應(yīng)考慮工藝的合理性與經(jīng)濟(jì)性。3、如何選擇串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的正、反作用？答(1)副控制器

正、反作用的選擇與單回路控制系統(tǒng)選擇方法相同。即：(副調(diào)節(jié)器±)(調(diào)節(jié)閥

±)(副對象

±)＝(－)（1）主控制器

正、反作用的選擇方法是：即：(主調(diào)節(jié)器±)(副對象

±)(主對象

±)＝(－)（2）(2)本實(shí)驗(yàn)中，用電開閥（＋）閥開大，水槽液位上升，故副對象是（＋）主對象是（＋）