北京科技大學(xué)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：被控對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)日期與時(shí)間：2022.07指導(dǎo)教師：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?．了解控制對(duì)象特性的基本形式。2．掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象特性的方法，并求取對(duì)象特性參數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要完成測(cè)試對(duì)象特性，包含以下兩部分內(nèi)容：1．被控對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定本實(shí)驗(yàn)采用飛升曲線法（階躍向應(yīng)曲線法）測(cè)取對(duì)象的動(dòng)特性。飛升曲線是指輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出量變化的曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，被控對(duì)象在某一狀態(tài)下穩(wěn)定一段時(shí)間后，輸入一階躍信號(hào)，使被控對(duì)象達(dá)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，得到被控對(duì)象的飛升曲線。在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下的一些問(wèn)題：1）測(cè)試前系統(tǒng)應(yīng)處于正常工作狀態(tài)，也就是說(shuō)系統(tǒng)應(yīng)該是平衡的。采取一切措施防止其他干擾的發(fā)生，否則將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2）在測(cè)試工作中要特別注意工作點(diǎn)與階躍幅度的選取。作為測(cè)試對(duì)象特性的工作點(diǎn)，應(yīng)該選擇正常工作狀態(tài)，也就是在額定負(fù)荷及正常的其他干擾下，因?yàn)檎麄€(gè)控制過(guò)程將在此工作點(diǎn)附近進(jìn)行。階躍作用的取值范圍為其額定值的5－10%。如果取值太小，由于測(cè)量誤差及其它干擾的影響，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。如果取值過(guò)大，則非線性影響將扭曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不能獲得應(yīng)有的反應(yīng)曲線，同時(shí)還將使生產(chǎn)長(zhǎng)期處于不正常的工作狀態(tài)，特別是有進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的可能性，這是生產(chǎn)所不能允許的。3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須特別注意的是，應(yīng)準(zhǔn)確地記錄加入階躍作用的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，注意被調(diào)量離開(kāi)起始點(diǎn)時(shí)的情況，以便計(jì)算對(duì)象滯后的大小，這對(duì)以后整定控制器參數(shù)具有重要的意義。4）每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相同的條件下進(jìn)行兩次以上，如果能夠重合才算合格。為了校驗(yàn)線性，宜作正負(fù)兩種階躍進(jìn)行比較。也可作不同階躍量的實(shí)驗(yàn)。2．飛升曲線數(shù)據(jù)處理在飛升曲線測(cè)得以后，可以用多種方法來(lái)計(jì)算出所測(cè)對(duì)象的微分方程式，數(shù)據(jù)處理方法有面積法、圖解法、近似法等。面積法較復(fù)雜，計(jì)算工作量較大。近似法誤差較大，圖解法較方便，誤差比近似法小。通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試獲得被被控對(duì)象的階躍響應(yīng)，進(jìn)一步把它擬合成近似的傳遞函數(shù)，是建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單有效的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備SIMATICS7-300可編程控制器1臺(tái)NPCT-III型過(guò)程控制系統(tǒng)自動(dòng)化試驗(yàn)裝置1臺(tái)微型計(jì)算機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟實(shí)驗(yàn)初始條件設(shè)置1)啟動(dòng)管道壓力自動(dòng)控制，使管道壓力保持穩(wěn)定。2)設(shè)置“中水箱液位控制器"為手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。手動(dòng)操作值為70%，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度為70%。觀察輸出響應(yīng)狀態(tài)，直到穩(wěn)定狀態(tài)手動(dòng)給輸入端階躍信號(hào)，將手動(dòng)操作值由70%變?yōu)?0%。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度為80%。觀察輸出響應(yīng)狀態(tài)。輸出穩(wěn)定時(shí)，打印輸出曲線，即被控對(duì)象飛升曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與繪制曲線圖一二階液位飛升曲線在曲線的拐點(diǎn)作切線，與t軸交于B點(diǎn)，交穩(wěn)態(tài)值的漸近線于A點(diǎn)，A點(diǎn)在t軸的投影為C點(diǎn)，讀圖可知，τ=86s，T=870.5s。0.4y(∞)=32+0.4*(46.3-32)=37.72cm,求得t1=431.5s，0.8y(∞)=32+0.8*(46.3-32)=43.44cm,求得t2=956.5s。t1/t2=0.451。由近似公式：求得T1=241.8s，T2=400.8s。由公式：求得K0=0.962cm/%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論本節(jié)實(shí)驗(yàn)中，單獨(dú)的水箱是一階對(duì)象，上水箱與下水箱可以組成二階對(duì)象。該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為。思考題用階躍擾動(dòng)法測(cè)定對(duì)象飛升曲線時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？1）測(cè)試前系統(tǒng)應(yīng)處于正常工作狀態(tài)，也就是說(shuō)系統(tǒng)應(yīng)該是平衡的。采取一切措施防止其他干擾的發(fā)生，否則將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2）在測(cè)試工作中要特別注意工作點(diǎn)與階躍幅度的選取。作為測(cè)試對(duì)象特性的工作點(diǎn)，應(yīng)該選擇正常工作狀態(tài)，也就是在額定負(fù)荷及正常的其他干擾下，因?yàn)檎麄€(gè)控制過(guò)程將在此工作點(diǎn)附近進(jìn)行。階躍作用的取值范圍為其額定值的5－10%。如果取值太小，由于測(cè)量誤差及其它干擾的影響，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。如果取值過(guò)大，則非線性影響將扭曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不能獲得應(yīng)有的反應(yīng)曲線，同時(shí)還將使生產(chǎn)長(zhǎng)期處于不正常的工作狀態(tài)，特別是有進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的可能性，這是生產(chǎn)所不能允許的。3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須特別注意的是，應(yīng)準(zhǔn)確地記錄加入階躍作用的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，注意被調(diào)量離開(kāi)起始點(diǎn)時(shí)的情況，以便計(jì)算對(duì)象滯后的大小，這對(duì)以后整定控制器參數(shù)具有重要的意義。4）每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相同的條件下進(jìn)行兩次以上，如果能夠重合才算合格。為了校驗(yàn)線性，宜作正負(fù)兩種階躍進(jìn)行比較。也可作不同階躍量的實(shí)驗(yàn)。2．怎樣由飛升曲線求取被控對(duì)象的特性參數(shù)？1）對(duì)于一階純延遲對(duì)象在曲線上變化最快處作切線，與t軸交于B點(diǎn)，交穩(wěn)態(tài)值的漸近線于A點(diǎn)，A點(diǎn)在t軸的投影為C點(diǎn)，則OB為過(guò)程量滯后時(shí)間τ，BC為過(guò)程的時(shí)間常數(shù)T。圖二一階對(duì)象飛升曲線2）對(duì)于二階純延遲在曲線的拐點(diǎn)p作切線，它與時(shí)間軸交于A點(diǎn)，與曲線的穩(wěn)態(tài)漸進(jìn)線交于B點(diǎn)。0A段的值即為純滯后時(shí)間τ，這段時(shí)間可以近似地衡量由于多了一個(gè)容量而使飛升過(guò)程向后推遲的程度。二階對(duì)象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)可在曲線上求取0.4y(∞)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1和0.8y(∞)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2，然后利用下面的近似公式計(jì)算：由上述兩公式解出T1和T2，求得二階對(duì)象的傳遞函數(shù)為：圖三二階對(duì)象飛升曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)日期與時(shí)間：2022.07指導(dǎo)教師：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?．通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握單回路液位控制系統(tǒng)投運(yùn)與控制器參數(shù)整定的方法。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置不同對(duì)控制質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．控制器參數(shù)的整定；2．控制通道對(duì)控制質(zhì)量影響的研究；3．不同位置干擾對(duì)控制質(zhì)量影響的對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．SIMATICS7-300可編程控制器1臺(tái)2．NPCT-III型過(guò)程控制系統(tǒng)自動(dòng)化試驗(yàn)裝置1臺(tái)3．微型計(jì)算機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟1．實(shí)驗(yàn)初始條件設(shè)置根據(jù)飛升曲線，求出被控對(duì)象的放大倍數(shù)K、時(shí)間常數(shù)τ、滯后時(shí)間T。按飛升曲線法整定控制器參數(shù)公式計(jì)算出控制器的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間.2．當(dāng)中水箱液位測(cè)量值接近30%時(shí)，設(shè)定值改為40%。觀察控制效果，若效果欠佳，將設(shè)定值改回30%，調(diào)整控制器的參數(shù)（每次只調(diào)整一個(gè)參數(shù)）。當(dāng)中水箱液位測(cè)量值接近30%時(shí),設(shè)定值值改為40%，觀察該參數(shù)所起的作用。若效果依然欠佳，重復(fù)該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟，以達(dá)到最佳過(guò)度過(guò)程。3．研究干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置不同，對(duì)控制質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與繪制曲線圖中①的擾動(dòng)是下水箱，②是上水箱，因?yàn)楫?dāng)干擾作用點(diǎn)越靠近測(cè)量點(diǎn)時(shí)，擾動(dòng)作用就越強(qiáng)，被控參數(shù)的最大偏差就越大。反之，干擾離測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)，則被控參數(shù)的最大偏差就小，控制質(zhì)量高。讀圖可知，B=2.562cm,B’=0.107cm衰減比n=B/B’=23.944。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出結(jié)論控制器參數(shù)整定的方法可分為兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法，頻率特性法等，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器的數(shù)值。二是工程整定法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過(guò)程控制的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單，易于掌握，相當(dāng)實(shí)用，從而在工程實(shí)際中被廣泛采用。工程上常用的方法有：臨界比例度法、飛升曲線法（階躍響應(yīng)曲線法）、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)法?？刂仆ǖ捞匦詫?duì)控制質(zhì)量的影響為，控制通道的純滯后越大，控制質(zhì)量就越壞。一般說(shuō)來(lái)，若時(shí)間常數(shù)太大，反應(yīng)速度慢，系統(tǒng)的工作頻率低，控制不及時(shí)，容易引起較常的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，系統(tǒng)的控制質(zhì)量低；時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)靈敏，控制及時(shí)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間即會(huì)縮短。當(dāng)時(shí)間常數(shù)過(guò)小時(shí)，其反應(yīng)速度過(guò)于靈敏，容易引起過(guò)渡過(guò)程的振蕩。當(dāng)干擾作用點(diǎn)越靠近測(cè)量點(diǎn)時(shí)，擾動(dòng)作用就越強(qiáng)，被控參數(shù)的最大偏差就越大。反之，干擾離測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)，則被控參數(shù)的最大偏差就小，控制質(zhì)量高。思考題改變控制器的比例度和積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生怎樣的影響？調(diào)節(jié)器的比例度越大調(diào)整控制作用越強(qiáng)；積分時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)誤差的糾正能力越強(qiáng)，越能向無(wú)差靠攏，調(diào)整精度越高。干擾進(jìn)入系統(tǒng)位置不同時(shí)，對(duì)控制質(zhì)量有何影響，為什么？當(dāng)干擾作用點(diǎn)越靠近測(cè)量點(diǎn)時(shí)，擾動(dòng)作用就越強(qiáng)，被控參數(shù)的最大偏差就越大。反之，干擾離測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)，則被控參數(shù)的最大偏差就小，控制質(zhì)量高。原因如下：圖中Wc（s）為調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)，Wv（s）為調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)，Wo1（s）、Wo2（s）、Wo3（s）為對(duì)象傳遞函數(shù)，Wm（s）為測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)。擾動(dòng)F1（s）、F2（s）、F3（s）從不同的位置進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)于每一個(gè)擾動(dòng)，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是不同的。現(xiàn)主要研究干擾進(jìn)入位置對(duì)控制系統(tǒng)質(zhì)量的影響，故把調(diào)節(jié)器設(shè)置為最簡(jiǎn)單的比例調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器設(shè)置為比例環(huán)節(jié)，對(duì)象都設(shè)置為一階慣性環(huán)節(jié)。即設(shè)Wc（s）＝Kc；Wv（s）＝Kv；Wm（s）＝Km；Wo1（s）＝1／（To1s＋1）；Wo2（s）＝1／（To2s＋1）；Wo3（s）＝1／（To3s＋1），系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為將上三式進(jìn)行比較，它們具有相同的特征方程，即具有相同的分母，所以具有相同特征的過(guò)渡過(guò)程。但是，它們的分子不同，因而最大偏差和超調(diào)量是不一樣的，由擾動(dòng)F3引起的最大偏差和超調(diào)量最大，F(xiàn)2次之，而F1最小。3.總結(jié)PID控制器的控制規(guī)律（結(jié)合Matlab仿真分析）1)P控制作用分析分析比例控制作用。設(shè)Td=0、Ti=∞、Kp=3~10。輸入信號(hào)階躍函數(shù)，分別進(jìn)行仿真，如下圖所展示的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。仿真結(jié)果表明：系統(tǒng)的超調(diào)量會(huì)隨著Kp值的增大而加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度也會(huì)會(huì)隨Kp值的增大而加快。但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性能會(huì)隨著Kp的增大而變差。2)比例積分控制作用的分析設(shè)比例積分調(diào)節(jié)器中Kp=1,討論Ti=0.01~0.05時(shí)。輸入信號(hào)階躍函數(shù)，分別進(jìn)行仿真，如下圖所展示的系統(tǒng)的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。系統(tǒng)的超調(diào)量會(huì)隨著Ti值的加大而減小，系統(tǒng)響應(yīng)速度隨著Ti值的加大會(huì)略微變慢。3)微分調(diào)節(jié)作用的分析設(shè)Kp=1、Ti=0.01,討論Td=10~100時(shí)對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的影響。輸人信號(hào)階躍函數(shù)，分別進(jìn)行仿真，如下圖所展示的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。仿真結(jié)果表明：根據(jù)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)配合情況，起始上升段呈現(xiàn)較尖銳的波峰，Kp=1、Ti=0.01不變時(shí)，隨著Td值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量增大，響應(yīng)速度變慢。實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：串級(jí)控制系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)日期與時(shí)間：2022.07指導(dǎo)教師：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?．掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)及整定方法。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解串級(jí)控制系統(tǒng)主、副環(huán)抗干擾能力的差異。3．研究串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)在相同位置加干擾時(shí)的控制質(zhì)量的差異。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.液位與液位串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；2.兩步整定法串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定；3.串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路抗干擾能力的比較；4.串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的比較研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．SIMATICS7-300可編程控制器1臺(tái)2．NPCT-III型過(guò)程控制系統(tǒng)自動(dòng)化試驗(yàn)裝置1臺(tái)3．微型計(jì)算機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟1.實(shí)驗(yàn)初始條件設(shè)置2.串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定〔一步整定法）一步整定法就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器的參數(shù)一次放好（純比例控制。比例度為20%），然后按單回路控制系統(tǒng)整定參數(shù)的方法整定主控制器的參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)選用臨界比例度法，具體步驟如下：1)將主控制器設(shè)定為比例控制器，比例度為5%，設(shè)定值為40%，系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。觀察系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。2)若系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，設(shè)定值改為30%，逐步減小比例度，當(dāng)中水箱液位測(cè)量值接近30%時(shí)，設(shè)定值改為40%。直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩，即臨界震蕩過(guò)程。記錄此時(shí)的比例度（臨界比例度）和等幅震蕩周期。按公式計(jì)算出控制器δ、Ti及Td的參數(shù)。將該組參數(shù)放置到主控制器中，選中積分時(shí)問(wèn)和微分時(shí)間的復(fù)選框。設(shè)定值為30%。3.當(dāng)中水箱液位測(cè)量值接近30%時(shí)，設(shè)定值改為40%。觀察控制效果，若效果大佳，將設(shè)定值改回30%，調(diào)整主控制器的參數(shù)〔每次只調(diào)整一個(gè)參數(shù)）。當(dāng)中水箱液位測(cè)量值接近30%時(shí)，設(shè)定值改為40%，觀察該參數(shù)所起的作用。若效果依然欠佳，重復(fù)該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟，以達(dá)到最佳過(guò)渡過(guò)程。4.引入不同位置干擾，觀察分析對(duì)控制質(zhì)量影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與繪制曲線讀圖可得，等幅震蕩周期為343.75s，衰減比B/B’=7.99。串級(jí)控制系統(tǒng)由于副環(huán)具有快速抗干擾的功能，對(duì)于進(jìn)入副環(huán)內(nèi)的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用。因此，同樣大小的干擾作用于副環(huán)與作用于主環(huán)，對(duì)主變量的影響不一樣。作用于副環(huán)的干擾，由于副環(huán)的抑制作用，結(jié)果對(duì)主變量的影響就比較??；而作用于主環(huán)的干擾，由于此時(shí)副環(huán)的快速抗干擾性能未得到發(fā)揮，因此，干擾對(duì)主變量的影響就比較大。作用于上水箱的干擾作用位于副環(huán)，下水箱位于主環(huán)，故對(duì)于主變量影響較大的①是下水箱的干擾，對(duì)于主變量影響較小的②是上水箱的干擾。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出結(jié)論串級(jí)系統(tǒng)的整定要比簡(jiǎn)單系統(tǒng)復(fù)雜。由于兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接在一起，互相作用，影響參數(shù)的整定。所以在整定時(shí)，應(yīng)盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益以提高副環(huán)的頻率，使主、副環(huán)的頻率錯(cuò)開(kāi)，減少相互之間的影響。串級(jí)控制系統(tǒng)具有主、副兩只控制器，在投運(yùn)和整定按照先副后主的步驟循序進(jìn)行。串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路抗干擾能力的比較：作用于副環(huán)的干擾，由于副環(huán)的抑制作用，結(jié)果對(duì)主變量的影響就比較小；而作用于主環(huán)的干擾，由于此時(shí)副環(huán)的快速抗干擾性能未得到發(fā)揮，因此，干擾對(duì)主變量的影響就比較大。七、思考題串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)如何進(jìn)行控制器參數(shù)整定與投運(yùn)？串級(jí)控制系統(tǒng)具有主、副兩只控制器，因此投運(yùn)和整定要比單回路控制系統(tǒng)復(fù)雜一些。要按照先副后主的步驟循序進(jìn)行。串級(jí)控制系統(tǒng)的工程整定方法比較多，有逐步逼近法、兩步法和一步法等。整定的順序都是先整定副環(huán)后整定主環(huán)。兩步整定法將整定分兩步進(jìn)行，先整定副回路，再整定主回路。兩步法整定步驟：先整定副回路。在主、副回路均閉合，主、副控制器都置于純比例作用的條件下，先將主控制器的比例帶放在100%處。按單回路控制系統(tǒng)整定方法整定副回路：逐漸降低副控制器的比例度，得到副變量在4∶1遞減比下的副控制器的比例度δ2s和副變量振蕩周期T2s。然后整定主回路。主、副回路仍然閉合，將副控制器的比例度置于δ2s值上，將副回路看作是主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主控制器：即逐漸降低主控制器的比例度，得到主變量在4∶1遞減比下的主控制器比例度δ1s和主變量振蕩周期T1s。按上面得到的δ1s、δ2s、T1s和T2s值，結(jié)合控制器的選型，利用單回路控制系統(tǒng)衰減曲線法的整定計(jì)算公式，分別計(jì)算主、副控制器的整定參數(shù)值：比例度δ、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間TD。按先副環(huán)后主環(huán)，先比例次積分后微分的順序，將計(jì)算出的參數(shù)值設(shè)置到相應(yīng)的控制器上。然后再作一些擾動(dòng)試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)控制過(guò)程曲線不夠理想，可再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到控制品質(zhì)符合要求。一步整定法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器參數(shù)一次確定設(shè)置好，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器的參數(shù)。一步法整定步驟：根據(jù)副變量的類型，按經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)合適的比例度δ2，并按純比例控制作用設(shè)置在副控制器上。將串級(jí)控制系統(tǒng)投運(yùn)后，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法，整定主控制器參數(shù)。觀察控制過(guò)程，適當(dāng)調(diào)整主控制器參數(shù)，直到主變量的質(zhì)量品質(zhì)達(dá)到指標(biāo)要求。如果在整定過(guò)程中系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩即“共振”，只要加大主、副控制器的任一比例度值，便可消除“共振”。若“共振”劇烈，可先切換到手動(dòng)，待生產(chǎn)穩(wěn)定后，重新投運(yùn)和整定，直到達(dá)到滿意時(shí)為止。3)逐步逼近法首先整定副回路。此時(shí)斷開(kāi)主回路，按單回路控制系統(tǒng)整定方法確定副控制器參數(shù)，記第一次整定值為[Wc2]1。然后整定主回路。把剛整定好的副回路作為主回路中的一個(gè)環(huán)節(jié)，仍按單回路控制整定方法，確定主控制器的整定參數(shù)，記為[Wc1]1。此時(shí)，主、副回路都閉合。再次整定副回路。在主回路閉合，主控制器整定參數(shù)為[Wc1]1條件下，按單回路控制系統(tǒng)整定方法，再次求取副控制器參數(shù)為[Wc2]2。至此，完成一個(gè)逼近循環(huán)。若控制質(zhì)量達(dá)到要求，整定工作就此結(jié)束。主、副控制器的整定參數(shù)分別取[Wc1]1及[Wc2]2。若控制質(zhì)量仍未達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，可按步驟2繼續(xù)對(duì)主控制器進(jìn)行整定，求取[Wc1]2。依此，再按上面的2、3步驟循環(huán)進(jìn)行，直到獲得確?？刂七^(guò)程質(zhì)量和指標(biāo)的整定參數(shù)為止。評(píng)述串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)控制質(zhì)量高的原因？由于串級(jí)控制系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上與單回路控制系統(tǒng)有所不同，因此，它與單回路系統(tǒng)相比，由一些顯著的特點(diǎn)。由于副回路的存在，改善了對(duì)象的特性，使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)減少，系統(tǒng)的工作頻率提高，過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間也相對(duì)縮短，因而控制質(zhì)量可以獲得改善。同時(shí)，串級(jí)控制系統(tǒng)的抗干擾能力比單回路控制系統(tǒng)有強(qiáng)的多，特別是當(dāng)干擾作用于副環(huán)的情況下，系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)更強(qiáng)。此外，串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。當(dāng)采用串級(jí)控制時(shí)，主環(huán)是一個(gè)定制系統(tǒng)，而副環(huán)卻是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。主控制器能夠根據(jù)操作條件和負(fù)荷變化（從主變量變化中體現(xiàn)出來(lái)），不斷修改副控制器的給定值，以適應(yīng)操作條件和負(fù)荷變化的情況。串級(jí)控制系統(tǒng)由于副環(huán)具有快速抗干擾的功能，對(duì)于進(jìn)入副環(huán)內(nèi)的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用。因此，同樣大小的干擾作用于副環(huán)與作用于主環(huán)，對(duì)主變量的影響不一樣。作用于副環(huán)的干擾，由于副環(huán)的抑制作用，結(jié)果對(duì)主變量的影響就比較??；而作用于主環(huán)的干擾，由于此時(shí)副環(huán)的快速抗干擾性能未得到發(fā)揮，因此，干擾對(duì)主變量的影響就比較大。討論飛升曲線法和臨界比例度法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍？飛升曲線法是通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)試驗(yàn)，得到被控過(guò)程的典型特征參數(shù)之后，再對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定的。因此，這種方法適應(yīng)性較廣，與其他兩種方法相比，所受實(shí)驗(yàn)條件的限制也比較少，通用性較強(qiáng)。 臨界比例度法是閉環(huán)試驗(yàn)整定方法，他們都是依賴系統(tǒng)在某種運(yùn)行狀況下特性信息對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需掌握被控過(guò)程是數(shù)學(xué)模型。但是，這都有一定是缺點(diǎn)如臨界比例度法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不能反復(fù)做振蕩實(shí)驗(yàn)，對(duì)比例調(diào)節(jié)是本質(zhì)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)比不適用；而衰竭曲線法在做衰竭比較大的試驗(yàn)時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確確定，對(duì)過(guò)程變化較快的系統(tǒng)也不宜采用。研究分析串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)不同的控制效果。因?yàn)橹鳝h(huán)是一個(gè)反饋控制，所以串級(jí)控制方案具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，但由于串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上多一個(gè)副回路（隨動(dòng)拉制），所以串級(jí)控制具有其余的一些優(yōu)點(diǎn)：1）串級(jí)控制系統(tǒng)具有更高的工作頻率由于副回路的存在，改善了對(duì)象的特性，使系統(tǒng)的工作頻率得到提高。這會(huì)使系統(tǒng)的反應(yīng)速度加快，控制更為及時(shí)。2）串級(jí)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。串級(jí)控制系統(tǒng)的抗干擾能力比單回路控制系統(tǒng)要強(qiáng)得多，特別足當(dāng)干擾作用于副環(huán)的情況下，系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)更強(qiáng)。3）串級(jí)控制系統(tǒng)有一定的自適