東北大學(xué)《過程裝備控制》實(shí)驗(yàn)報(bào)告講訴

1、東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1）熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。（ 2）根據(jù)由實(shí)際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備AE2000 型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，PC 機(jī)， DCS 控制系統(tǒng)與監(jiān)控軟件。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單容水箱如圖1-1 所示：丹麥泵電動調(diào)節(jié)閥V1Q1DCS控制系統(tǒng)手動輸出hV2Q2圖 1-1、 單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)原理階躍響應(yīng)測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運(yùn)行條件下， 待系統(tǒng)穩(wěn)定后， 通過調(diào)節(jié)器或其他操作器， 手動改變對象的輸入信號（階躍信號） ，同時記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線

2、。然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定模型中各參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法。 不同的模型結(jié)構(gòu)， 有不同的圖解方法。 單容水箱對象模型用一階加時滯環(huán)節(jié)來近似描述時，?？捎脙牲c(diǎn)法直接求取對象參數(shù)。如圖 1-1 所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為 Q1，出水量為 Q2，水箱的液面高度為 h，出水閥 V 2 固定于某一開度值。根據(jù)物料動態(tài)平衡的關(guān)系，求得：在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得：式中， T 為水箱的時間常數(shù)（注意：閥V 2 的開度大小會影響到水箱的時間常數(shù)）， T=R 2*C ，K=R 2 為單容對象的放大倍數(shù)， R1、 R2 分別 為 V 1、V 2 閥的液阻，

3、C 為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量 Q1 的階躍變化量為 R0，其拉氏變換式為 Q1（S） =RO/S， RO 為常量，則輸出液位高度的拉氏變換式為：當(dāng) t=T 時，則有：h(T)=KR 0(1-e-1)=0.632KR 0=0.632h( )即 h(t)=KR 0 (1-e-t/T )當(dāng) t 時， h（） =KR 0，因而有 1東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果K=h （） /R0=輸出穩(wěn)態(tài)值 /階躍輸入式（ 1-2）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2 所示。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖 1-2 所示的階躍響應(yīng)曲線后， 該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應(yīng)時間， 就是水箱的時間常數(shù)

4、 T，該時間h1(t)常數(shù) T 也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù) T ，其理 論依據(jù)是：h1( )0.63h1()上式表示 h（ t）若以在原點(diǎn)時的速度h（） /T 恒速變化，即只要花T 秒時間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 h（）。五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟0T1)對象的連接和檢查：(1) 將 AE2000 實(shí)驗(yàn)對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。(2) 打開以水泵、電動調(diào)節(jié)閥、孔板流量計(jì)組成的動力支路至上水箱的出水閥門.關(guān)閉動力支圖1-2、階躍響應(yīng)曲線路上通往其他對象的切換閥門。(3) 打開上水箱的出水閥至適當(dāng)開度。實(shí)驗(yàn)步驟(1) 打開控制柜中水泵、電動調(diào)節(jié)閥的電源開關(guān)。(2

5、) 啟動 DCS 上位機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)入主畫面，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)一畫面。(3) 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊調(diào)出PID 窗體框，然后在“MV ”欄中設(shè)定電動調(diào)節(jié)閥一個適當(dāng)開度。（此實(shí)驗(yàn)必須在手動狀態(tài)下進(jìn)行）（ 4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡， 應(yīng)記錄系統(tǒng)輸出值，以及水箱水位的高度h1 和上位機(jī)的測量顯示值并填入下表。原始平衡狀態(tài)：系統(tǒng)輸出值水箱水位高度h1上位機(jī)顯示值0100cmcm40%4.54.0從 40%到 50%階躍數(shù)據(jù)：T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位1020304050604.

6、54.955.25.55.74.85.15.45.45.86.17080901001101205.75.555.15.766.56.36.35.85.76.21301401501601701805.95.55.55.85.85.7 2東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)6.76.36.26.46.4(cm)6.7T （秒）190200210220230240水 箱水位5.75.35.665.9h1(cm)5.4上 位 機(jī) 讀 數(shù)6.26.36.16.36.8(cm)6.3T （秒）250260270280290300水 箱水位5.965.95.75.7h1(cm

7、)5.9上 位 機(jī) 讀 數(shù)6.76.76.76.36.7(cm)6.8平衡狀態(tài)1：系統(tǒng)輸出值水箱水位高度 h1上位機(jī)顯示值0100cmcm45%5.76.7從 45%到 50%階躍數(shù)據(jù)：T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)1020304050606.15.85.96.25.86.36.56.96.56.66.86.67080901001101206.46.46.56.56.4677.27.16.97.26.91301

8、401501601701806.16.46.56.56.466.76.56.97.27.26.81902002102202302405.96.56.676.86.46.46.777.37.87.6 3東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果(cm)T （秒）250260270280290300水 箱水位76.96.46.66.5h1(cm)6.7上 位 機(jī) 讀 數(shù)7.27.77.67.17.3(cm)7平衡狀態(tài)2：系統(tǒng)輸出值水箱水位高度 h1上位機(jī)顯示值0100cmcm50%6.57.3從 50%到 55%階躍數(shù)據(jù)：T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(

9、cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)T （秒）水箱水位h1(cm)上 位 機(jī) 讀 數(shù)(cm)平衡狀態(tài)3：10203040506077.47.87.67.77.46.87.48.68.48.28.47080901001101207.47.37.67.987.88.287.888.78.81301401501601701807.97.87.97.87.98.38.98.78.88.48.58.319020021022023024087.87.77.97.77.59.48.88.48.48.4

10、8.32502602702802903007.988.17.97.57.98.38.78.98.88.78.6 4東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果系統(tǒng)輸出值水箱水位高度 h1上位機(jī)顯示值0100cmcm55%7.98.6從 55%到 60%階躍數(shù)據(jù)：T （秒）102030405060水 箱水位8.48.28.48.68.6h1(cm)8.3上 位 機(jī) 讀 數(shù)98.98.99.19.8(cm)8.6T （秒）708090100110120水 箱水位8.78.998.98.7h1(cm)8.7上 位 機(jī) 讀 數(shù)9.89.510.1109.7(cm)9.5T （秒）13014015016017

11、0180水 箱水位98.88.88.98.7h1(cm)9上 位 機(jī) 讀 數(shù)9.7109.79.79.9(cm)9.6T （秒）190200210220230240水 箱水位8.998.898.9h1(cm)8.6上 位 機(jī) 讀 數(shù)9.59.49.69.29.7(cm)9.6T （秒）250260270280290300水 箱水位8.68.78.79.19.2h1(cm)8.6上 位 機(jī) 讀 數(shù)9.49.19.19.310(cm)9.8平衡狀態(tài)4：系統(tǒng)輸出值水箱水位高度 h1上位機(jī)顯示值0100cmcm60%9.210六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（ 1）作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。從 40%到 45%的階

12、躍響應(yīng)曲線： 5東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果從 45%到 50%的階躍響應(yīng)曲線：從 50%到 55%的階躍響應(yīng)曲線： 6東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果從 55%到 60%的階躍響應(yīng)曲線：（ 2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。答：從 40% 從 45%到 從 50% 從 55% 平均值 7東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果到 45%50%到 55%到 60%K*R01.71920.96431.1361.0581.097T31.8042100.676229.303434.690433.2473根據(jù)測量的數(shù)據(jù)可求得時間常數(shù)T=33.2473 ， K*R0=1

13、.097 。七、注意事項(xiàng)（ 1）本實(shí)驗(yàn)過程中，出水閥不得任意改變開度大小。（ 2）階躍信號不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止因讀數(shù)誤差和其他隨機(jī)干擾影響對象特性參數(shù)的精確度。一般階躍信號取正常輸入信號的5%15% 。(3) 在輸入階躍信號前，過程必須處于平衡狀態(tài)。八、思考題（ 1）在做本實(shí)驗(yàn)時，為什么不能任意變化上水箱出水閥的開度大??？答：因?yàn)?T 為水箱的時間常數(shù)，T=R 2*C ，K=R 2 為單容對象的放大倍數(shù)，R2 為 V 2 閥的液阻，C 為水箱的容量系數(shù)。當(dāng)改變水箱出水閥的開度大小時，R2 會改變，那么 G(s)也會改變， 那樣的話就不會測出 G(s)中的參數(shù)了，

14、因?yàn)槊看味疾灰粯印?2) 用兩點(diǎn)法和用切線對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點(diǎn)?答：兩點(diǎn)法：從理論上來說兩點(diǎn)就可以確定參數(shù)，但是在實(shí)際測量中，測量點(diǎn)總是在基準(zhǔn)線附近不停地波動， 這樣很可能會造成測量的不準(zhǔn)確， 但是兩點(diǎn)法只需要測兩個點(diǎn)的數(shù)據(jù)， 相對切線法來說簡單多了。切線法：和兩點(diǎn)法相比，切線法隨機(jī)性小一點(diǎn)，可以近似地測量和計(jì)算出對象的特性參數(shù)，但是切線法需要側(cè)大量的數(shù)據(jù)，用來近似地描繪出對象的特性曲線。 8東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果實(shí)驗(yàn)二、單容水箱液位PID 控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、通過實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2）、分析分別用P、PI 和 PID 調(diào)節(jié)時

15、的過程圖形曲線。3）、定性地研究P、PI 和 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備AE2000 型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，PC 機(jī), DCS 控制系統(tǒng)， DCS監(jiān)控軟件。三、實(shí)驗(yàn)原理給定擾動液位PID 控制器電動調(diào)節(jié)閥上 水 箱+ 液位變送器圖 4-1、實(shí)驗(yàn)原理圖圖 4-1 為單回路上水箱液位控制系統(tǒng)。 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定， 而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號， 其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用DCS系統(tǒng)控制。

16、當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后， 接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)， 可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。一個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。一般言之，用比例（ P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI ）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（ PID）調(diào)節(jié)器是在 PI 調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引

17、入微分D 的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。但是，并不是所有單回 9東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果路控制系統(tǒng)在加入微分作用后都能改善系統(tǒng)品質(zhì)， 對于容量滯后不大， 微分作用的效果并不明顯，而對噪聲敏感的流量系統(tǒng)，加入微分作用后，反而使流量品質(zhì)變壞。對于我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在單位階躍作用下， P、 PI 、 PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖 4-2 中的曲線、所示。圖 4-2 、 P、 PI 和 PID 調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1) 設(shè)備的連接和檢查：(1) 將 AE2000 實(shí)驗(yàn)對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。(2) 打開以水泵、電

18、動調(diào)節(jié)閥、孔板流量計(jì)組成的動力支路至上水箱的出水閥，關(guān)閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。(3) 打開上水箱的出水閥至適當(dāng)開度。2）實(shí)驗(yàn)步驟1）啟動動力支路電源。2） 啟動 DCS上位機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)入主畫面，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)四畫面。3) 在上位機(jī)軟件界面用鼠標(biāo)點(diǎn)擊調(diào)出 PID 窗體框，用鼠標(biāo)按下自動按鈕，在“設(shè)定值”欄中輸入設(shè)定的上水箱液位。4) 比例調(diào)節(jié)控制（ 1）設(shè)定給定值，調(diào)整 P 參數(shù)。（ 2）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動，一般可通過改變設(shè)定值實(shí)現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。（ 3）、減小 P 重復(fù)步驟 4，觀察過渡過程

19、曲線，并記錄余差大小。（ 4）、增大 P 重復(fù)步驟 4，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。 10東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果（ 5）、選擇合適的 P，可以得到較滿意的過渡過程曲線。改變設(shè)定值（如設(shè)定值由 50變?yōu)?60），同樣可以得到一條過渡過程曲線。(6) 、注意：每當(dāng)做完一次試驗(yàn)后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗(yàn)。5) 比例積分調(diào)節(jié)器（ PI ）控制(1 ）、在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置I 參數(shù)不為0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗(yàn)證PI 控制下，系統(tǒng)對階躍擾動無余差存在。(2 ）、固定比例P 值，改變 PI 調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)值Ti ，然后觀察加階

20、躍擾動后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時的超調(diào)量p。表一、不同Ti時的超調(diào)量p積分時間常數(shù)Ti大中小超調(diào)量p0%10%50%(3 ）、固定 I 于某一中間值， 然后改變P 的大小， 觀察加擾動后被調(diào)量輸出的動態(tài)波形，據(jù)此列表記錄不同值P 下的超調(diào)量p。表二、不同值下的p比例P大中小超調(diào)量p50%33%20%(4 ）、選擇合適的P 和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入擾動的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過程曲線。此曲線可通過改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。6) 比例積分微分調(diào)節(jié)（ PID）控制(1) 、在 PI 調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置D參數(shù)， 然后加上

21、與前面實(shí)驗(yàn)幅值完全相等的擾動，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動態(tài)曲線，并與實(shí)驗(yàn)（二）PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分D 對系統(tǒng)性能的影響。(2) 、選擇合適的 P、Ti 和 Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從 50%突變至 60%來實(shí)現(xiàn)）。(3) 、在歷史曲線中選擇一條較滿意的過渡過程曲線進(jìn)行記錄。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）、作出 P 調(diào)節(jié)器控制時，不同P 值下的階躍響應(yīng)曲線。當(dāng) P 為 30%時的階躍響應(yīng)曲線： 11東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果當(dāng) P 為 40%的階躍響應(yīng)曲線： 12東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果當(dāng) P 為 50%的階躍響應(yīng)曲線：

22、 13東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果2）、作出 PI 調(diào)節(jié)器控制時，不同P 和 Ti 值時的階躍響應(yīng)曲線。當(dāng) P 為 20%、 I 為 0.05 的階躍響應(yīng)曲線：當(dāng) P 為 30%、 I 為 0.05 的階躍響應(yīng)曲線：當(dāng) P 為 40%、 I 為 0.05 的階躍響應(yīng)曲線： 14東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果3）、比較 P、 PI 和 PID 三種調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)無差度和動態(tài)性能的影響。答：（ 1）從動態(tài)響應(yīng)來說PID 調(diào)節(jié)器由于有D 的作用響應(yīng)最快，調(diào)節(jié)時間最短，然后是 PI 調(diào)節(jié)器， P 調(diào)節(jié)器由于無超調(diào)量雖然響應(yīng)曲線波動不大但響應(yīng)最慢。（ 2）從無差度來說，PI 與 PID

23、調(diào)節(jié)器由于有I 的作用所以無靜差，而P 有靜差。六、思考題1）、試定性地分析三種調(diào)節(jié)器的參數(shù)P、（P、Ti ）和（ P、Ti 和 Td）的變化對控制過程各產(chǎn)生什么影響？答： P 調(diào)節(jié)器：P 與穩(wěn)態(tài)誤差有關(guān)，P 越大穩(wěn)態(tài)誤差越小，但是 P 不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，P 越大響應(yīng)越快，甚至有可能使系統(tǒng)震蕩。PI調(diào)節(jié)器：I 可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但是I 太小了，會使系統(tǒng)的震蕩增加，甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，I 會減慢系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，同樣的P 與PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)參數(shù)P 的值相同時，PI調(diào)節(jié)時間要更長一點(diǎn)，所以要適當(dāng)?shù)倪x擇參數(shù)P 與 I的值。PID 調(diào)節(jié)器： 15東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果D 會加快系統(tǒng)的動態(tài)

24、響應(yīng)，減小調(diào)節(jié)時間，但是對于容量之后不大的系統(tǒng)積分作用不明顯，而且當(dāng)D 作用很強(qiáng)時，會使系統(tǒng)震蕩活不穩(wěn)定。由于有I 的作用所以穩(wěn)態(tài)誤差為0。2）、如何實(shí)現(xiàn)減小或消除余差？純比例控制能否消除余差？答：適當(dāng)?shù)募尤敕e分作用可以消除誤差，增大比例系數(shù)也可以減小誤差。但是純比例控制不能消除誤差。 16東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果實(shí)驗(yàn)十、上水箱下水箱液位串級控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握串級控制系統(tǒng)的基本概念和組成。(2) 掌握串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法。(3) 研究階躍擾動分別作用在副對象和主對象時對系統(tǒng)主被控量的影響。一、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備AE2000 型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，PC 機(jī)， DCS

25、 控制系統(tǒng)， DCS監(jiān)控軟件。三、實(shí)驗(yàn)原理上水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象，下水箱液位做為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象?？刂瓶驁D如圖 10-1 所示：10-1 、上水箱下水箱液位串級控制框圖1、串級控制系統(tǒng)的組成圖 10-1 為液位串級控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有2 個調(diào)節(jié)器、 2 個閉合回路和兩個執(zhí)行對象。 2 個調(diào)節(jié)器分別設(shè)置在主、副回路中，設(shè)在主回路的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，設(shè)在副回路的調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器。兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定量，主、副調(diào)節(jié)器的輸出分別去控制二個執(zhí)行元件。主對象的輸出為系統(tǒng)的被控制量鍋爐夾套溫度，對象的輸出是一個輔助控制變量。2、串級系統(tǒng)的抗干擾能力副串級系統(tǒng)由于增加

26、了副回路，對于進(jìn)入副環(huán)內(nèi)的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用，因此作用于副環(huán)的干擾對主被控量的影響就比較小。系統(tǒng)的主回路是定值控制，而副回環(huán)是一個隨動控制。在設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)時，要求系統(tǒng)副對象的時間常數(shù)要遠(yuǎn)小于主對象。此外，為了指示系統(tǒng)的控制精度，一般主調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成PI 或 PID 調(diào)節(jié)器，而副調(diào)節(jié)器一般設(shè)計(jì)為比例P 控 17東北大學(xué)過程裝備控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告+處理結(jié)果制，以提高副回路的快速響應(yīng)。在搭實(shí)驗(yàn)線路時，要注意到兩個調(diào)節(jié)器的極性（目的是保證主、副回路都是負(fù)反饋控制）。3、串級控制系統(tǒng)與單回路的控制系統(tǒng)相比串級控制系統(tǒng)由于副回路的存在，改善了對象的特性，使等效對象的時間常數(shù)減小，系統(tǒng)的工作頻率提高，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，控制及時。同時，由于串級系統(tǒng)具有主副兩只控制器，總放大倍數(shù)增大， 系統(tǒng)的擾干擾能力增強(qiáng)。因此，它的控制質(zhì)量要比單