水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)[文書借鑒]

1、第六節(jié) 水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 2. 掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)的整定方法 3. 研究階躍擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主控制量的影響 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1. THJ-2型高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 2. 計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根 3. 萬用表 1只 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖6-1 液位串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖6-2 液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖 本實(shí)驗(yàn)為水箱液位的串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主、副兩個(gè)回路組成。每一個(gè)回路中都有一個(gè)屬于自己的調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象，即主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為下水箱，作為系統(tǒng)的被控

2、對(duì)象，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為中水箱，又稱副對(duì)象，它的輸出是一個(gè)輔助的控制變量。 本系統(tǒng)控制的目的不僅使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，且在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的被控制量等于給定值，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)于副回路時(shí)，由于主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大于副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)被控制量（下水箱的液位）未作出反映時(shí)，副回路已作出快速響應(yīng)，及時(shí)地消除了擾動(dòng)對(duì)被控制量的影響。此外，如果擾動(dòng)作用于主對(duì)象，由于副回路的存在，使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大大減小，從而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。圖6-1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖6-2為相應(yīng)控制系統(tǒng)的方框圖。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.按

3、圖6-1要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。 2.接通總電源和相關(guān)儀表的電源。 3.打開閥F1-1、F1-2、F1-7、F1-10、F1-11，且使閥F1-10的開度略大于F1-11。 4.按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置好副調(diào)節(jié)器的比例度。 5.調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)出現(xiàn)4：1的衰減度，記下此時(shí)的比例度S和周期TS。據(jù)此，按經(jīng)驗(yàn)表查得PI的參數(shù)對(duì)主調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定。 6.手動(dòng)操作主調(diào)節(jié)器的輸出，以控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路給中水箱送水的大小，等中、下水箱的液位相對(duì)穩(wěn)定，且下水箱的液位趨于給定值時(shí)，把主調(diào)節(jié) 器切換為自動(dòng)。 7.打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，并進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)： 1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加

4、階躍擾動(dòng)（將給定量增/減5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。 2）適量打開閥F2-4，觀察并記錄階躍擾動(dòng)作用于副對(duì)象（中水箱）時(shí)，系統(tǒng)被控制量（下水箱液位）的響應(yīng)過程。 3）將閥F2-4關(guān)閉，去除副對(duì)象的階躍擾動(dòng)，且待系統(tǒng)再次穩(wěn)定后，再適量打開閥F2-5，觀察并記錄階躍擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)被控制量的影響。 8.通過反復(fù)對(duì)主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較滿意的動(dòng)、靜態(tài)性能。用計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。 副P=4 主P=3 I=100000 D=11000副P=4 I=100000 主P=3 I=100000 D=11000五、思考題1.試述串級(jí)控制系統(tǒng)為什么對(duì)主擾動(dòng)（二次

5、擾動(dòng)）具有很強(qiáng)的抗擾能力？如果副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)與主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大小接近時(shí)，二次擾動(dòng)對(duì)主控制量的影響是否仍很小，為什么？答：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。如果副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)與主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大小接近時(shí)，很有可能發(fā)生共振現(xiàn)象，使得副環(huán)的工作頻率處于諧振頻率，其相角接近180，從而使得副環(huán)的增益為負(fù)，形成正反饋，出現(xiàn)共振現(xiàn)象，二次擾動(dòng)對(duì)主控變量的影響將會(huì)很大。2.為什么本實(shí)驗(yàn)中的副調(diào)節(jié)器可設(shè)置為比例（P）調(diào)節(jié)器？答：由于副控回路的輸出要求能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化規(guī)律，對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用P調(diào)節(jié)器。3.改變副調(diào)節(jié)器的比例度，對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和抗擾動(dòng)性能有何影響，試從理論上給予說明。答：在一定范圍內(nèi)，副控制器P參數(shù)增大，副回路輸出最大動(dòng)態(tài)偏差增大，振蕩和恢復(fù)周期更短，振蕩更劇烈，使得副控制器的輸出更加有利于及時(shí)跟蹤主控制器的輸出，及時(shí)調(diào)節(jié)執(zhí)行器的輸出，從而使得串級(jí)控制系