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双容水箱液位定值控制系统

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2020年4月19日
文档仅供参考
第四节 双容水箱液位定值控制系统
一、实验目的
1．经过实验，进一步了解双容对象的特性。
2．掌握调节器参数的整定与投运方法。
3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。
二、实验设备
1．THJ-2型高级过程控制系统装置。
2．计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根
3．万用表一只
三、实验原理
图3-1 双容液位定值控制系统结构图
图3-2 双容液位定值控制系统方框图
本实验系统以中水箱与下水箱为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。基于系统的给定量是一定值，要求被控制量在稳态时等于给定量所要求的值，因此调节器的控制规律为PI或PID。本系统的执行元件既可采用电动调节阀，也可用变频调速磁力泵。如果采用电动调节阀作执行元件，则变频调速磁力泵支路中的手控阀F2-4或F2-5打开时可分别作为中水箱或下水箱的扰动。图3-1为实验系统的结构图，图3-2为控制系统的方框图。
四、实验内容与步骤
本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。 
然后接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入实验界面的操作和打开实验主界面的操作过程与本实验指导书第二章第一节中所描述的相同。在实验主界面中选择本实验项即“串接双容水箱液位PID整定实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图3-3所示。

图3-3 实验界面
实验步骤与上个实验“第三节上水箱液位定值控制系统”相同，在此只列出实验数据。
P=3

P=8

P=3 I=50000

无调节时间
P=8 I=100000

P=3 D=5000

无超调、调节、上升，只算峰值时间
P=8 D=10000

无调节时间
P=6 I=100000 D=10000

分析内容与上个实验“上水箱液位定值控制系统”内容一致。
五、思考题
1. 为什么本实验较上水箱液位定值控制系统更容易引起振荡？如果达到同样的动态性能指标，为什么本实验中调节器的比例度和积分时间常数均要比前两个实验大？
答：由于在本实验中的比例系数相对较大，过程相应时间相对较长，更加容易引起振荡。要达到同样的动态性能指标，调节器的比例度应该调节的相对较大，积分时间常数调高。
2. 你能说出下水箱的时间常数比中水箱时间常数大的原因吗？
答：采用上中水箱做实验，它的响应曲线要比中下水箱变化快。原因：因为中水箱的截面积比下水箱的要小，上升相同的液位高度，下水箱要更长时间。
3. 为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？
答：因为双容的相当于两个单容的串联,变成了二阶系统,输出可能会震荡,单容的是一阶系统,输出是指数单调收敛的。