雙容水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1．熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。2．掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法。
3．了解階躍擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主變量的影響。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．過(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置—DDC控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3．實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用線(xiàn)若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線(xiàn)一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理圖
雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊原理圖如圖4.2所示。
圖4.2 液位串級(jí)控制系統(tǒng)塊原理圖
四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，流程圖如圖4.3所示。
圖4.3 水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)流程圖
2．按要求接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線(xiàn)
使用485轉(zhuǎn)232通訊線(xiàn)將控制臺(tái)側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
在傳感器信號(hào)輸出區(qū)域，將上水箱液位信號(hào)LT1用實(shí)驗(yàn)線(xiàn)連接到DDC控制模塊的AI0信號(hào)輸入端，將下水箱液位信號(hào)LT2用實(shí)驗(yàn)線(xiàn)連接到DDC控制模塊的AI1信號(hào)輸入端，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號(hào)AO0執(zhí)行器控制信號(hào)輸入?yún)^(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)端口。
3．將手動(dòng)閥門(mén)1V1全開(kāi)，V3、V4打開(kāi)80%左右，將手動(dòng)閥門(mén)1V2關(guān)閉
4．先打開(kāi)控制臺(tái)左側(cè)的總電源開(kāi)關(guān)，按“Start”按鈕啟動(dòng)設(shè)備，再打開(kāi)DDC電源開(kāi)關(guān)。
5．運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的 DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶(hù)登錄”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.4 用戶(hù)登錄界面
9．點(diǎn)擊“確認(rèn)”，用戶(hù)登錄完畢。選擇“串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“雙容串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”。出現(xiàn)如下的“水箱雙容串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”界面。
圖4.5上下水箱雙容串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)界面
10．點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.6 參數(shù)設(shè)置界面
11．將AI0設(shè)置為0 – 30，AI1設(shè)置為0-30點(diǎn)擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。
12．調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。
Ts=1 （參考值） SV=8 （參考值）
Kc1=4 （參考值） Ti1=80 （參考值） Td1=0 （參考值）
Kc2=5 （參考值） Ti2=100 （參考值） Td2=0 （參考值）
12．選擇計(jì)算機(jī)控制方式, 在控制臺(tái)上打開(kāi)水泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源。
13．觀察計(jì)算機(jī)上的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)。
14．待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個(gè)階躍信號(hào)，觀察其液位變化曲線(xiàn)。
15．再等系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)加個(gè)干擾信號(hào)，觀察液位變化曲線(xiàn)。
16．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵1、電動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，拆除試驗(yàn)線(xiàn)。
五、實(shí)驗(yàn)建議
調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)可以反復(fù)湊試，逐步逼近達(dá)到最佳的整定，實(shí)際中，采用串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是為了提高主被調(diào)量（下水箱）精度和改善動(dòng)態(tài)特性而設(shè)置的，因此對(duì)副調(diào)回路的質(zhì)量指標(biāo)沒(méi)有要求。而對(duì)主回路的質(zhì)量指標(biāo)要求高。犧牲副回路的質(zhì)量，保證主回路的調(diào)節(jié)質(zhì)量。所以副調(diào)節(jié)器比例作用強(qiáng)一些，取消積分作用，主調(diào)節(jié)器設(shè)置P、I、D參數(shù)即可。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．寫(xiě)出常規(guī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，畫(huà)出液位串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實(shí)驗(yàn)方法整定控制器的相關(guān)參數(shù)，寫(xiě)出整定過(guò)程。
3．根據(jù)擾動(dòng)分別作用于主、副對(duì)象時(shí)系統(tǒng)輸出的響應(yīng)曲線(xiàn)，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數(shù)時(shí)對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能的影響。
七、思考題
1．試述串級(jí)控制系統(tǒng)為什么對(duì)主擾動(dòng)（二次擾動(dòng)）具有很強(qiáng)的抗擾能力？如果副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)與主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大小接近時(shí)，二次擾動(dòng)對(duì)主控制量的影響是否仍很小，為什么？
2．當(dāng)一次擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，試問(wèn)由于副回路的存在，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能比單回路系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有何改進(jìn)？