實驗方案：水箱液位串級控制系統(tǒng)

過程控制綜合實驗報告實驗名稱：水箱液位串級控制系統(tǒng)專業(yè):

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學號:—實驗方案一、實驗名稱：水箱液位串級控制系統(tǒng)二、串級控制系統(tǒng)的概述1、圖5-1是串級控制系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)有主、副兩個控制回路，主、副調節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調節(jié)器有自己獨立的給定值R,它的輸出m1作為副調節(jié)器的給定值，副調節(jié)器的輸出m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù)C］。圖5-1串級控制系統(tǒng)方框圖R-主參數(shù)的給定值； C「被控的主參數(shù)； C2-副參數(shù)；f1（t）-作用在主對象上的擾動；f2（t）-作用在副對象上的擾動。2、 串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)及其副回路對系統(tǒng)控制質量的影響已在有關課程中介紹，在此將有關結論再簡單歸納一下。（1） ．改善了過程的動態(tài)特性；（2） ．能及時克服進入副回路的各種二次擾動，提高了系統(tǒng)抗擾動能力；（3） ．提高了系統(tǒng)的魯棒性；（4） ．具有一定的自適應能力。3、 主、副調節(jié)器控制規(guī)律的選擇在串級控制系統(tǒng)中，主、副調節(jié)器所起的作用是不同的。主調節(jié)器起定值控制作用，它的控制任務是使主參數(shù)等于給定值（無余差），故一般宜采用PI或PID調節(jié)器。由于副回路是一個隨動系統(tǒng)，它的輸出要求能快速、準確地復現(xiàn)主調節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調節(jié)器可采用P或PI調節(jié)器。4、主、副調節(jié)器正、反作用方式的選擇正如單回路控制系統(tǒng)設計中所述，要使一個過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負反饋。對于串級控制系統(tǒng)來說，主、副調節(jié)器的正、反作用方式的選擇原則是使整個系統(tǒng)構成負反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)極性是這樣規(guī)定的：當測量值增加，調節(jié)器的輸出也增加，則調節(jié)器的放大系數(shù)Kc為負（即正作用調節(jié)器），反之，Kc為正（即反作用調節(jié)器）;本裝置所用電動調節(jié)閥的放大系數(shù)Kv恒為正；當過程的輸入增大時，即調節(jié)器開大，其輸出也增大，則過程的放大系數(shù)K0為正，反之K0為負。5、串級控制系統(tǒng)的整定方法在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)常用的整定方法有以下三種：（一） 逐步逼近法所謂逐步逼近法，就是在主回路斷開的情況下，按照單回路的整定方法求取副調節(jié)器的整定參數(shù)，然后將副調節(jié)器的參數(shù)設置在所求的數(shù)值上，使主回路閉合，按單回路整定方法求取主調節(jié)器的整定參數(shù)。而后，將主調節(jié)器參數(shù)設在所求得的數(shù)值上，再進行整定，求取第二次副調節(jié)器的整定參數(shù)值，然后再整定主調節(jié)器。依此類推，逐步逼近，直至滿足質量指標要求為止。（二） 兩步整定法兩步整定法就是第一步整定副調節(jié)器參數(shù)，第二步整定主調節(jié)器參數(shù)。整定的具體步驟為：1．在工況穩(wěn)定，主回路閉合，主、副調節(jié)器都在純比例作用條件下，主調節(jié)器的比例度置于100%，然后用單回路控制系統(tǒng)的衰減（如4：1）曲線法來整定副回路。記下相應的比例度62S和振蕩周期T2S。將副調節(jié)器的比例度置于所求得的62S值上，且把副回路作為主回路中的一個環(huán)節(jié)，用同樣方法整定主回路，求取主回路的比例度61S和振蕩周期T1S。根據(jù)求取的61S、T1S和62s、T2S值，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法整定公式計算主、副調節(jié)器的比例度6、積分時間片和微分時間Td的數(shù)值。按“先副后主”，“先比例后積分最后微分”的整定程序，設置主、副調節(jié)器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調整，直到過程的動態(tài)品質達到滿意為止。（三） 一步整定法由于兩步整定法要尋求兩個4：1的衰減過程，這是一件很花時間的事。因而對兩步整定法做了簡化，提出了一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經驗先確定副調節(jié)器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調節(jié)器的參數(shù)。具體的整定步驟為：在工況穩(wěn)定，系統(tǒng)為純比例作用的情況下，根據(jù)K02/62=0.5這一關系式，通過副過程放大系數(shù)K°2,求取副調節(jié)器的比例放大系數(shù)62或按經驗選取，并將其設置在副調節(jié)器上。按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調節(jié)器的參數(shù)。改變給定值，觀察被控制量的響應曲線。根據(jù)主調節(jié)器放大系數(shù)K1和副調節(jié)器放大系數(shù)k2的匹配原理，適當調整調節(jié)器的參數(shù)，使主參數(shù)品質指標最佳。如果出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調節(jié)器的比例度6或增大積分時間常數(shù)T[,即可得到改善。三、 實驗目的1．通過實驗了解水箱液位串級控制系統(tǒng)組成原理。2．掌握水箱液位串級控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3．了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響。4．掌握液位串級控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。四、實驗原理本實驗為水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調節(jié)器稱主調節(jié)器，控制對象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調節(jié)器稱副調節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，中水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調節(jié)器的的輸出直接驅動電動調節(jié)閥，從而達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調節(jié)器應為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復現(xiàn)主調節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調節(jié)器可采用P調節(jié)器。本實驗系統(tǒng)結構圖和方