上下水箱液位串级控制系统.doc

实验六 上下水箱液位串级控制一、实验目的1、了解复杂过程控制系统的构成。 2、掌握复杂过程控制一串级控制方法。3、控制要求：超调量20%，调节时间Ts3T，余差5%。二、 实验设备及参考资料1、PCS-B过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、上下水箱及液位变送器、水泵1系统等）。2、电动调节阀的操作说明书、液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法。三、实验系统流程图：增压泵计算机频器HTHT上水箱下水箱电动阀1V1V4V51V10储水箱 四、实验原理 本实验采用计算机控制,将下水箱液位控制在设定高度。串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。在计算机中设置了两个虚拟调节器作为主副调节器。将下水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。主调节器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用PI调节器也可考虑采用PID调节器。串级控制系统的方块原理图如图1。下水箱上水箱电动阀主调副调 图液位变送器液位变送器图1串级控制系统的方块原理图串级控制系统的参数整定 . 两步整定法 第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。a. 在系统工作状况稳定，主、副回路主控制器在纯比例作用的条件下，将副控制器的比例带取100，再逐渐降低副控制器的比例带，用整定单回路的方法来整定副回路。如用4：1衰减法来整定副回路，则求出副参数在4：1衰减时的副控制器比例带2S和操作周期T2S。b.使主控制比例带置于1S的数值上，逐渐降低主控制器的比例带1S，求出同样衰减比时主回路的过渡过程曲线，记录此时主控制器的比例带1S和操作周期T1S。c.将上述步骤中求出的1S、T1S、2S、T2S按所用的4：1衰减曲线的整定方法，求出主、副控制器的整定参数。d.按照“先副后主，先比例次积分后微分”的原则，将计算机得出的控制器参数置于各种控制器之上。e.加干扰实验，观察过程参数值，直至记录曲线符合要求为止。一步整定法：a. 先稳定工作状况，系统在纯比例运行条件下，按下列“一步法比例带经验值表”所列数值，将副控制器调节到适当的经验值上。 一步法比例带经验值表副参数比例带2放大倍数KC2温度 2060 51.7压力 3070 31.4流量 4080 2.51.25液位 2080 51.25b.利用单回路控制系统的任意一种参数整定方法来整定主调节器参数.c.加干扰试验,观察过渡过程曲线,根据KC1、KC2相匹配的原理,适当调整控制参数,使主参数控制精度最好。d.如果出现振荡现象时,只要加大主副控制器的任意一个比例带,即可消除振荡。5.对比实验 .观察主要扰动作用于对象时,系统的控制过程。改变由于手动阀V13的开度,使主要扰动加于副回路,即上水箱;观察控制过程及液位H2的过渡过程曲线。 .观察次要干扰作用于主对象时,系统的控制过程。改变手动阀V7的开度,使次要干扰加于主回路,即下水箱,观察控制过程及液位H2的过渡过程曲线.由于全部扰动加于主回路,不符合串级系列的设计原则,故控制质量较差,观察这一现象。 1.常规实验报告内容 2.按衰减曲线调节器参数计算表填写表格中的数据. 衰减曲线调节器参数计算表 数据调节器 实验数据 查表计算值 最终整定法 S/Ts/min/ Ti/min终/Ti终/min 主调节器 副调节器 3.整理并附上记录仪的下列过渡过程曲线。 .整定副调节器时得到的4:1衰减曲线。 .整定主调节器时得到的4:1衰减曲线。 .主副调节器参数整定后,干扰作用于上水箱中,主变量H2的过渡过程曲线。 .主副调节器参数整定后,干扰作用于下水箱中,主变量H2的过渡过程曲线。 4.列表比较控制质量。 串级控制系统控制质量的比较表干扰的位置最大偏差 过渡时间（min）评价质量并简析原因干扰加入上水箱干扰加入下水箱 串级和简单控制系统控制质量的比较表干扰位置自控系统类型 最大偏差过渡时间（min）评价质量并简析原因干扰加入上水箱中简单控制系统（PID） 串级控制系统五、实验步骤1、按附图液位串级控制实验接线图接好实验导线和通讯线。2、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。 3、将手动阀门1V1、1V10、V4、V5打开，其余阀门全部关闭。4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开DDC控制单元电源。5、在控制板上打开水泵1、电动调节阀。6、在信号板上打开电动调节阀输入信号、上水箱输出信号、下水箱输出信号。7、 打开计算机上的 MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。8、选择串级控制实验的上下水箱双容串级控制实验。9、副回路采用比例作用，Kc取实验三9（P）或10（PI）中的结果，主回路采用实验五结果，选择计算机控制方式， 观察结果 ，调整参数，直到满意效果。10、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。11、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。12、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线，分别记录调节参数。