实验三上中水箱液位串级控制系统实验
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．掌握串级控制参数整定方法。
二、实验类型
综合型
三、实验装置
1、过程控制实验装置见图3－1，其中使用：电磁阀、上下水箱及液位变送器、水泵系统等。
2、控制仪表一套，以及通信线路。
3、计算机一台。
图3－1 系统示意图
四、实验原理
上下水箱双容液位串级控制的方块原理图如图3－2，本实验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。
在实验中使用了两个调节器作为主副调节器。将上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。
图3－2 串级控制框图
PID 算法的两种类型
①、位置型控制
[]00
)1()()()()(u n e n e T T i e T T
n e K n u n
i D
I P +?
???
??--+
+
=∑= ②、增量型控制
[][])2()1(2)()()1()()1()()(-+--++--=--=?n e n e n e T
T K n e T T
K n e n e K n u n u n u D P I P
P
串级控制系统的参数整定 ①、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，将主控制器的比例带δ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δ
2S 和操作周期T
2S
。
b.使副控制比例带置于δ
1S 的数值上，逐渐降低主控制器的比例带δ
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δ
1S
和操作
周期T
1S
。
c.将上述步骤中求出的δ
1S 、T
1S
、δ
2S
、T
2S
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。
②、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δ2％放大倍数KC2
温度 20——60 5——1.7
压力 30——70 3——1.4
流量 40——80 2.5——1.25
液位 20——80 5——1.25
b.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K
C1、K
C2
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。
五、实验步骤
1、双击桌面图标打开系统，选择实验三：上中水箱液位串级控制系统
实验。
2、点击右上角的“开始”按钮，运行系统。
3、点击“打开”按钮，打开电磁阀。
4、点击“SV设定值”，输入一个给定值
5、点击“水泵1设置”按钮，填出手/自动控制对话框。
6、点击“手动”按钮，输入一个数值（0-100），开启水泵。
7、使上水箱水位到达设定值，设定副控制器P参数，将水泵打到自动模式
8、待上水箱水位稳定，设置主控制器P、I、D参数，观察下水箱液位实时变化曲线，修改控制器P、I、D参数
9、待下水箱水位稳定后，改变设定值，观察液位变化曲线。
10、改变PID参数，修改主副调P、I、D值，观察实时曲线，了解串级控制特性。
11、可以通过点击“历史曲线”按钮，查看历史曲线。
12、待实验结束后将历史曲线截图保存，并点击“导出数据到excel”按钮，选择时间（以小时为单位），导出数据，并保存excel文件。
13、实验完毕，点击“急停”按钮停止水泵，关闭软件。
六、实验报告内容
1、画出串级控制的框图，并简要说明。
2、根据实验数据，画出控制过程曲线，并进行分析。
3、分析P、I、D三种调节作用对控制效果的影响。
七、注意
1、由于软件的原因，系统运行时可能会弹出一个错误对话框，请点击“忽略”按钮。
2、运行过程中，避免关闭系统，以免影响调节效果。