串级控制系统实验

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1、实验名称串级控制系统实验实验地点实验楼804实验时间2012-51・实验目的：(1).通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。(2).掌握水箱液位申级控制系统调节器参数的整定与投运方法。(3).了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。(4).掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。2・实验设备:(1).THPCAT-2型现场总线过程控制对彖系统实验装置；(2).AT-I智能调节仪表挂件、RS485/232转换器及RS485通讯线；(3).PC机。3・实验原理:图3-1是串级控制系统的方框图，该系统有主、副两个控制回

2、路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R,它的输出□作为副调节器的给定值，副调节器的输出盹控制执行器，以改变主参数G。图3-1串级控制系统方柜图R-主参数的给定值；G-被控的主参数；C2-副参数；作用在主对彖上的扰动；f2(t)-作用在副对象上的扰动。本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。主控回路屮的调节器称主调节器，控制对彖为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为上水箱，乂称副对象，上水箱的液位为系统的副控制量。主调节器的输岀作为副调节器的给定，因而副控回路是

3、一个随动控制系统。副调节器的输出直接骡动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作川卜•的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出耍求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采川P调节器。系统流程结构图如下图所示:系统的结构框图:4.实验内容及步骤：（1）.按系统流程结构图连接实验系统,打开对彖相应的水路（打开阀Fl-l、Fl-2、Fl-7,将阀F1-10、F1-11开至适当开度（一般要求阀F1-10的开度稍大于阀F1-11的开

4、度），其余阀门均关闭）。（2）・合上DCS控制柜电源，启动服务器和主控单元。（3）・在工程师站的组态中选择“T町-3”工程进行编译下装。（4）・启动操作员站，选择运行界而中的实验12,进入实验十二流程图。（5）・合上对彖总电源，并合上三相电源、单相、24V电源开关，开始实验。（6）.在流程图的各液位测量值上点击左键，弹出主控和副控PID窗口，按经验数据预先设置好副调节器的比例度，副调节器设置为串级状态。（7）.主调节器设直为手动状态，并选择P1或P1D控制规律，根据经验法设定P1D三个参数值，或者根据任一种整定方法整定调节器参数，并按整定得到的

5、参数进行调节器的参数设定。（8）.手动操作主调节器的输出，以控制电动调节阀支路给中水箱送水的大小，等中水箱的液位相对稳定，且下水箱的液位趋于给定值时，把主调节器切换为口动。（9）.当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增/减概〜15%）,观察系统的输出响应曲线。（10）・启动变频器-磁力泵支路，适量打开阀F2-4,观察阶跃扰动作用于副对彖（中水箱）时，系统被控制量（卜•水箱液位）的响应过程。（11）.将阀F2-4关闭，去除副对象的阶跃扰动，且待系统再次稳定示，再适量打开阀F2-5,观察阶跃扰动作用于主对彖时对系统被控制量的影响。（12）・通过

6、反复对主、副调节器参数的调节，使系统具有较满意的动、静态性能。（13）・在实验中可点击窗口中的“趋势”下拉菜单中的“综合趋势”，可查看相应的实验曲线。5・实验结果及分析:系统参数的整定过程：主调节器参数设置:副调节器参数设置:初始给定:PID[PID08]XPID[PID09]□自动I手动I系统响应曲线:±JdI跟踪100.00pro

7、T7o8整定I>>

8、□自动I手动IIII串级I跟蹋IIII上JJjJJ..08P11.22010.95整定

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11、.Tt到Kfll0.00打开电磁阀，产生扰动改变系统给定，即..im.q卜•»•♦・/f/AanniM.1\1IVJnwr®/J—.■-一__-.一—

12、王调节器P0自动

13、手动

14、IIII宁划跟踹-IIII□副时器S120.00P

15、120.6±1-1分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响6.实验总结：思考题：(1).试述串级控制系统为什么对主扰动(二次扰动)

16、具有很强的抗扰能力？如來副对象的时间常数与主对象的时间常数人小接近时，二次扰动对主控制量的影响是否仍很小，为什么？(2)・当一次扰动作用于主对彖时，试