水箱液位串级控制实验

《水箱液位串级控制实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、.第六节水箱液位串级控制实验一、实验目的1.熟悉串级控制系统的结构与特点2.掌握串级控制系统的投运与参数的整定方法3.研究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二、实验设备1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置2.计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根3.万用表1只三、实验原理图6-1液位串级控制系统的结构图图6-2液位串级控制系统的方框图word资料.本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主、副两个回路组成。每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器，控制

2、对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的主控制量。副回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。本系统控制的目的不仅使系统的输出响应具有良好的动态性能，且在稳态时，系统的被控制量等于给定值，实现无差调节。当有扰动出现于副回路时，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当被控制量（下水箱的液位）未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对被控制量的影响。此外，如果扰动作用于主对象，由于副回路的存在，使副对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。图6-

3、1为实验系统的结构图，图6-2为相应控制系统的方框图。四、实验内容与步骤1.按图6-1要求，完成实验系统的接线。2.接通总电源和相关仪表的电源。3.打开阀F1-1、F1-2、F1-7、F1-10、F1-11，且使阀F1-10的开度略大于F1-11。4.按经验数据预先设置好副调节器的比例度。5.调节主调节器的比例度，使系统的输出响应出现4：1的衰减度，记下此时的比例度δS和周期TS。据此，按经验表查得PI的参数对主调节器进行参数整定。word资料.6.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、下水箱的液位相对稳定，且

4、下水箱的液位趋于给定值时，把主调节器切换为自动。7.打开计算机，运行MCGS组态软件，并进行如下的实验：1）当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增/减5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。2）适量打开阀F2-4，观察并记录阶跃扰动作用于副对象（中水箱）时，系统被控制量（下水箱液位）的响应过程。3）将阀F2-4关闭，去除副对象的阶跃扰动，且待系统再次稳定后，再适量打开阀F2-5，观察并记录阶跃扰动作用于主对象时对系统被控制量的影响。8.通过反复对主、副调节器参数的调节，使系统具有较满意的动、静态性能。用计算机记录此时系统的动态响应曲

5、线。副P=4主P=3I=100000D=11000word资料.word资料.副P=4I=100000主P=3I=100000D=11000word资料.word资料.五、思考题1.试述串级控制系统为什么对主扰动（二次扰动）具有很强的抗扰能力？如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时，二次扰动对主控制量的影响是否仍很小，为什么？答：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提升。如果副对象的时间常数与主

6、对象的时间常数大小接近时，很有可能发生共振现象，使得副环的工作频率处于谐振频率，其相角接近180°，从而使得副环的增益为负，形成正反馈，出现共振现象，二次扰动对主控变量的影响将会很大。2.为什么本实验中的副调节器可设置为比例（P）调节器？word资料.答：由于副控回路的输出要求能快速、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，因而副调节器可采用P调节器。3.改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上给予说明。答：在一定范围内，副控制器P参数增大，副回路输出最大动态偏差增大，振荡

7、和恢复周期更短，振荡更剧烈，使得副控制器的输出更加有利于及时跟踪主控制器的输出，及时调节执行器的输出，从而使得串级控制系统更加有利于及时克服进入副环扰动的影响，提高控制系统的品质，提高抗干扰能力，但P如果过大，会使得副控制器的输出余差增大，导致副控制器很难真实反映主控制器输出的精确性。word资料