实验三 水箱液位串级控制系统

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5-1 液位串级控制系统的结构图

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5-1为实验系统的结构图，图5-2为相应控制系统的方框图。

图5-2 液位串级控制系统的方框图

四、实验曲线及数据处理

按照实验图接线，打开上位机MCGS组态环境，将主控仪表设置为“手动”，并将输出值设置为一个合适的值。合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少主调节器的输出量，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）。 设定智能仪表的参考参数：

调节仪1：P=20;I=60;D=0;Sn=33;CF=0;ADDR=1;SV=8；diH=50;dil=0; 调节仪2：P=50;I=0;D=0;Sn=32;CF=8;ADDR=2; diH=50;dil=0; 当系统到达稳定的时候，记录曲线为

水箱液位第一次达到最大值的数据：

水箱液位第一次达到最小值的数据：

水箱液位第二次达到最大值的数据：

水箱液位第二次达到最小值的数据：

水箱液位第三次达到最大值的数据：

水箱液位第三次达到最小值的数据：

水箱液位达到稳定时候的数据：

经过一段时间稳定后，增加扰动向中水箱增加扰动记录的曲线为：

当系统趋于稳定的时候停止向下水箱加扰动开大下水箱阀门当系统稳定的时候记录的曲线为：

当趋于稳定的时候增加设定值1既SV=9记录的曲线为：

五、总结

时间附录：

15.15 开始朝中水箱加变频器干扰. 15.23 停止中水箱变频器干扰.

15.30 开始朝下水箱加变频器干扰. 干扰为25HZ 最大值13.1 15.36 加大下水箱阀门开度

16.20 取消变频干扰(下)和水箱排水开度 16.26 达到稳定值 16.27 增加设定值1 16.36 达到稳定

由上述实验证明了串级控制系统的特点： A、改善了过程的动态特性

B、能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力 C、提高了系统的鲁棒性 D、具有一定的自适应能力