串级控制系统实验

要做的试验工程是：试验一单容自衡水箱液位特性测试试验〔串联水箱特性的测试试验试验四双容〔串联〕水箱液位定值掌握系统试验试验五双容〔串联〕液位串级掌握系统试验试验六前馈-反响掌握系统试验第四章串级掌握系统试验第一节串级掌握系统概述一、串级掌握系统的概述图4-1工作，其中主调整器有自己独立的给定值Rm作为副调整器的给定值，副调整器1的输出m掌握执行器，以转变主参数C2 14-1串级掌握系统方框图R-主参数的给定值； C-被控的主参数； C-副参数；1 2f1(t)-作用在主对象上的扰动；f2(t)-作用在副对象上的扰动。二、串级掌握系统的特点串级掌握系统及其副回路对系统掌握质量的影响已在有关课程中介绍再简洁归纳一下。改善了过程的动态特性；能准时抑制进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动力量；提高了系统的鲁棒性；具有肯定的自适应力量。三、主、副调整器掌握规律的选择〔无余差PI或PID数的动态性能和余差无特别的要求，因而副调整器可承受PPI四、主、副调整器正、反作用方式的选择成负反响系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必需为正值。放大系数K为负〔即正作用调整器K为正〔即反作用调整器；本装置所用电动调c c节阀的放大系数K恒为正；当过程的输入增大时，即调整器开大，其输出也增大，则过程v的放大系数K为正，反之K为负。0 0五、串级掌握系统的整定方法在工程实践中，串级掌握系统常用的整定方法有以下三种：〔一〕逐步靠近法求取主调整器的整定参数。而后，将主调整器参数设在所求得的数值上，再进展整定指标要求为止。〔二〕两步整定法两步整定法就是第一步整定副调整器参数，其次步整定主调整器参数。整定的具体步骤为：在工况稳定，主回路闭合，主、副调整器都在纯比例作用条件下，主调整器的比例度置于100%，然后用单回路掌握系统的衰减〔如4：1〕曲线法来整定副回路。登记相应的比例度δ 和振荡周期T。2S 2S将副调整器的比例度置于所求得的δ

值上，且把副回路作为主回路中的一个环节，2S用同样方法整定主回路，求取主回路的比例度δ

和振荡周期T。1S 1S依据求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值，按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主、副调整器的比例度δ、积分时间TI和微分时间Td的数值。按“先副后主再观看过渡过程曲线，必要时进展适当调整，直到过程的动态品质到达满足为止。〔三〕一步整定法4：1然后将副回路作为主回路的一个环节数。具体的整定步骤为：K02/δ2＝0.5这一关系式，通过副过程放大系数K02，求取副调整器的比例放大系数δ2或按阅历选取，并将其设置在副调整器上。依据单回路掌握系统的任一种参数整定方法来整定主调整器的参数。K1和副调整器放大K2的匹配原理，适当调整调整器的参数，使主参数品质指标最正确。假设消灭较大的振荡现象，只要加大主调整器的比例度δ或增大积分时间常数TI，即可得到改善。其次节水箱液位串级掌握系统一、试验目的通过试验了解水箱液位串级掌握系统组成原理。把握水箱液位串级掌握系统调整器参数的整定与投运方法。了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主掌握量的影响。把握液位串级掌握系统承受不同掌握方案的实现过程。二、试验设备试验对象及掌握屏、SA-11挂件一个、SA-12挂件两个、计算机一台、万用表一个；RS485/232SA-22SA-23三、试验原理下的无静差掌握，系统的主调整器应为PI或PID掌握。由于副控回路的输出要求能快速、副调整器可承受P4-24-2水箱液位串级掌握系统构造图 (b)方框图四、试验内容与步骤本试验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象〔也可选择上水箱和中水箱。试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开至适当40～90F1-1130～80%要求阀F1-10稍大于阀F1-1，其余阀门均关闭。智能仪表掌握SA-12RS-485RS-485RS-485/232COM1，并依据下面的掌握屏接线图连接试验系统。将LT3下水箱变送器输出“1～5V”对应接至智能调整仪Ⅰ的“1，2LT20.2～1V”对应接至智能调整仪Ⅱ的“3，2”两端。4-3智能仪表掌握“水箱液位串级掌握”试验接线图接通总电源空气开关和钥匙开关，翻开24V开关电源，给液位变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给电动调整阀及智能仪表1参数设置智能仪表Ⅰ参数设置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能调整仪Ⅱ参数设置：Sn=32DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=8Addr=2，智能调整仪参数设置请参考智能调整仪使用手册。THJ-3VIE进入组态王运行环境，在主菜单中点击“试验九、水箱液位串级掌握系统界面。表实现。合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/削减主调整器的输出量，使下水箱的液位平衡于设定值，且中水箱液位也稳定于某一值〔此值一般为3～5cm，以免超调过大，水箱断流或溢流。按本章第一节中任一种整定方法整定调整器参数，并按整定得到的参数进展调整器设定。待液位稳定于给定值时，将调整器切换到“自动”状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：突增〔或突减〕仪表设定值的大小，使其有一个正〔或负〕阶跃增量的变化；翻开阀门F2-F2-〔或F2-打水〔干扰作用在主对象或副对象；将“阀F1-F1-1”开至适当开度〔转变负载；将电动调整阀的旁路阀F1-4〔电磁阀上电〕开至适当开度。以上几种干扰均要求扰动量为掌握量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。参加干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调整时间后〔后面三种干扰方法仍稳定在原设定值输出值和仪表参数，下水箱液位的响应过程曲线将如图4-44-4下水箱液位阶跃响应曲线PID参数，重复步骤8，用计算机记录不同参数时系统的响应曲线。五、试验报告要求画出水箱液位串级掌握系统的构造框图。用试验方法确定调整器的相关参数，并写出整定过程。依据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。分析主、副调整器承受不同PID参数时对系统性能产生的影响。6．综合分析两种掌握方案的试验效果。六、思考题试述串级掌握系统为什么对主扰动〔二次扰动〕具有很强的抗扰力量？假设副对象么？当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进？串级掌握系统投运前需要作好那些预备工作？主、副调整器的正反作用方向如何确定？为什么本试验中的副调整器为比例〔P〕调整器？转变副调整器的比例度，对串级掌握系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上赐予说明。评述串级掌握系统比单回路掌握系统的掌握质量高的缘由？动发生的瞬时，而不是在被掌握量发生变化后进展的，故称其为前馈掌握或扰动补偿。动对被掌握量所产生的影响均由负反响系统来消退。这样就能使系统的动态误差大大减小，从而提高系统的掌握质量。第一节下水箱液位前馈-反响掌握系统一、试验目的通过本试验进一步了解液位前馈-反响掌握系统的构造与原理。把握前馈补偿器的设计与调试方法。把握前馈-反响掌握系统参数的整定与投运方法。二、试验设备试验对象及掌握屏、SA-11SA-12SA-14台、万用表一个；RS485/232SA-44PC/PPI三、试验原理本试验的被掌握量为下水箱的液位h，主扰动量为变频器支路的流量。本试验要求下水LT36-16-1下水箱液位前馈-反响掌握系统构造图 (b)方框图由图可知，扰动F〔s〕得到全补偿的条件为F(s)G(s)+F(s)G(s)G(s)=0f F 0G(s)G(s)=- f (6-1)F G(s)0为前馈掌握已起到了应有的作用。为使补偿器简洁起见，G(s)用比例器来实现，如图其值F按本章式(6-1)来计算。K的整定方法F〔一〕开环整定法影响的一种整定法。整定时，K由小到大调整，观看前馈补偿的作用，直至被控参数回到给FK，实际上K值符F F合下式关系，即KK＝ f (6-2)F K0式中：Kf、K0分别为扰动通道、掌握通道的静态放大系数。开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合，不然有较大偏差。〔二〕前馈-反响整定法6-2前馈-反响系统参数整定方框图在图6-2所示系统反响回路整定好的根底上，先合上开关K，使系统为前馈-反响掌握系统，然后由小到大调整K值，可得到在扰动f〔t〕6-3F线，其中图6-3〔b〕所示的曲线补偿效果最好。欠补偿 (b)补偿适宜 (c)过补偿图6-3前馈-反响系统KF的整定过程〔三〕利用反响系统整定KF待“图6-2”所示系统运行正常后，翻开开关K，则系统成为反响掌握。待系统稳定运行，并使被控参数等于给定值时，记录相应的扰动量F和调整器输出0u0人为转变前馈扰动，使F变为F，待系统进入稳态，且被控参数等于给定值时，记0 1录此时调整器的输出值u。1按下式计算K值Fu uK=1 0 (6-3)F FF1 0四、试验内容与步骤F1-1、F1-7、F2-1、F2-5F1-10(40%～80%)、F1-11至适当开度(30%～70%阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。〔一、智能仪表掌握将SA-11SA-12SA-14SA-12RS-485通讯口上，将掌握屏右侧RS-485通讯线通过RS-485/2321，并依据下面的掌握屏接线图连接试验系统。仪表掌握“下水箱液位前馈-反响掌握”试验接线图接通总电源空气开关和钥匙开关，翻开24V开关电源，给液位变送器及涡轮番量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给电动调整阀及智能仪表上电。智能仪表Ⅰ参数设置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能调整仪参数设置请参考智能调整仪使用手册。THJ-3VIE进入组态王运行环境，在主菜单中点击“试验十九、下水箱液位前馈反响掌握系统试验监控界面。在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个适宜的值，此操作也可通过调整仪表实现。合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/削减智能仪表的输出量，使下水箱的液位平衡于设定值。按单回路的整定方法整定调整器参数，并按整定得到的参数进展调整器设定。按前面静态放大系数的整定方法整定前馈放大系数KF比值器输入输出电压之比即可。待液位稳定到给定值时，将调整器切换到“自动”状态，待液位平衡后，翻开阀门F