串級控制系統(tǒng)實驗

要做的試驗工程是：試驗一單容自衡水箱液位特性測試試驗〔串聯(lián)水箱特性的測試試驗試驗四雙容〔串聯(lián)〕水箱液位定值掌握系統(tǒng)試驗試驗五雙容〔串聯(lián)〕液位串級掌握系統(tǒng)試驗試驗六前饋-反響掌握系統(tǒng)試驗第四章串級掌握系統(tǒng)試驗第一節(jié)串級掌握系統(tǒng)概述一、串級掌握系統(tǒng)的概述圖4-1工作，其中主調(diào)整器有自己獨立的給定值Rm作為副調(diào)整器的給定值，副調(diào)整器1的輸出m掌握執(zhí)行器，以轉(zhuǎn)變主參數(shù)C2 14-1串級掌握系統(tǒng)方框圖R-主參數(shù)的給定值； C-被控的主參數(shù)； C-副參數(shù)；1 2f1(t)-作用在主對象上的擾動；f2(t)-作用在副對象上的擾動。二、串級掌握系統(tǒng)的特點串級掌握系統(tǒng)及其副回路對系統(tǒng)掌握質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中介紹再簡潔歸納一下。改善了過程的動態(tài)特性；能準時抑制進入副回路的各種二次擾動，提高了系統(tǒng)抗擾動力量；提高了系統(tǒng)的魯棒性；具有肯定的自適應(yīng)力量。三、主、副調(diào)整器掌握規(guī)律的選擇〔無余差PI或PID數(shù)的動態(tài)性能和余差無特別的要求，因而副調(diào)整器可承受PPI四、主、副調(diào)整器正、反作用方式的選擇成負反響系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必需為正值。放大系數(shù)K為負〔即正作用調(diào)整器K為正〔即反作用調(diào)整器；本裝置所用電動調(diào)c c節(jié)閥的放大系數(shù)K恒為正；當過程的輸入增大時，即調(diào)整器開大，其輸出也增大，則過程v的放大系數(shù)K為正，反之K為負。0 0五、串級掌握系統(tǒng)的整定方法在工程實踐中，串級掌握系統(tǒng)常用的整定方法有以下三種：〔一〕逐步靠近法求取主調(diào)整器的整定參數(shù)。而后，將主調(diào)整器參數(shù)設(shè)在所求得的數(shù)值上，再進展整定指標要求為止?！捕硟刹秸ǚ▋刹秸ǚň褪堑谝徊秸ǜ闭{(diào)整器參數(shù)，其次步整定主調(diào)整器參數(shù)。整定的具體步驟為：在工況穩(wěn)定，主回路閉合，主、副調(diào)整器都在純比例作用條件下，主調(diào)整器的比例度置于100%，然后用單回路掌握系統(tǒng)的衰減〔如4：1〕曲線法來整定副回路。登記相應(yīng)的比例度δ 和振蕩周期T。2S 2S將副調(diào)整器的比例度置于所求得的δ

值上，且把副回路作為主回路中的一個環(huán)節(jié)，2S用同樣方法整定主回路，求取主回路的比例度δ

和振蕩周期T。1S 1S依據(jù)求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法整定公式計算主、副調(diào)整器的比例度δ、積分時間TI和微分時間Td的數(shù)值。按“先副后主再觀看過渡過程曲線，必要時進展適當調(diào)整，直到過程的動態(tài)品質(zhì)到達滿足為止。〔三〕一步整定法4：1然后將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)數(shù)。具體的整定步驟為：K02/δ2＝0.5這一關(guān)系式，通過副過程放大系數(shù)K02，求取副調(diào)整器的比例放大系數(shù)δ2或按閱歷選取，并將其設(shè)置在副調(diào)整器上。依據(jù)單回路掌握系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)整器的參數(shù)。K1和副調(diào)整器放大K2的匹配原理，適當調(diào)整調(diào)整器的參數(shù)，使主參數(shù)品質(zhì)指標最正確。假設(shè)消滅較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調(diào)整器的比例度δ或增大積分時間常數(shù)TI，即可得到改善。其次節(jié)水箱液位串級掌握系統(tǒng)一、試驗?zāi)康耐ㄟ^試驗了解水箱液位串級掌握系統(tǒng)組成原理。把握水箱液位串級掌握系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定與投運方法。了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主掌握量的影響。把握液位串級掌握系統(tǒng)承受不同掌握方案的實現(xiàn)過程。二、試驗設(shè)備試驗對象及掌握屏、SA-11掛件一個、SA-12掛件兩個、計算機一臺、萬用表一個；RS485/232SA-22SA-23三、試驗原理下的無靜差掌握，系統(tǒng)的主調(diào)整器應(yīng)為PI或PID掌握。由于副控回路的輸出要求能快速、副調(diào)整器可承受P4-24-2水箱液位串級掌握系統(tǒng)構(gòu)造圖 (b)方框圖四、試驗內(nèi)容與步驟本試驗選擇中水箱和下水箱串聯(lián)作為被控對象〔也可選擇上水箱和中水箱。試驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-7全開，將中水箱出水閥門F1-10開至適當40～90F1-1130～80%要求閥F1-10稍大于閥F1-1，其余閥門均關(guān)閉。智能儀表掌握SA-12RS-485RS-485RS-485/232COM1，并依據(jù)下面的掌握屏接線圖連接試驗系統(tǒng)。將LT3下水箱變送器輸出“1～5V”對應(yīng)接至智能調(diào)整儀Ⅰ的“1，2LT20.2～1V”對應(yīng)接至智能調(diào)整儀Ⅱ的“3，2”兩端。4-3智能儀表掌握“水箱液位串級掌握”試驗接線圖接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，翻開24V開關(guān)電源，給液位變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關(guān)，給電動調(diào)整閥及智能儀表1參數(shù)設(shè)置智能儀表Ⅰ參數(shù)設(shè)置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能調(diào)整儀Ⅱ參數(shù)設(shè)置：Sn=32DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=8Addr=2，智能調(diào)整儀參數(shù)設(shè)置請參考智能調(diào)整儀使用手冊。THJ-3VIE進入組態(tài)王運行環(huán)境，在主菜單中點擊“試驗九、水箱液位串級掌握系統(tǒng)界面。表實現(xiàn)。合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當增加/削減主調(diào)整器的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值，且中水箱液位也穩(wěn)定于某一值〔此值一般為3～5cm，以免超調(diào)過大，水箱斷流或溢流。按本章第一節(jié)中任一種整定方法整定調(diào)整器參數(shù)，并按整定得到的參數(shù)進展調(diào)整器設(shè)定。待液位穩(wěn)定于給定值時，將調(diào)整器切換到“自動”狀態(tài)，待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：突增〔或突減〕儀表設(shè)定值的大小，使其有一個正〔或負〕階躍增量的變化；翻開閥門F2-F2-〔或F2-打水〔干擾作用在主對象或副對象；將“閥F1-F1-1”開至適當開度〔轉(zhuǎn)變負載；將電動調(diào)整閥的旁路閥F1-4〔電磁閥上電〕開至適當開度。以上幾種干擾均要求擾動量為掌握量的5％～15％，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。參加干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)整時間后〔后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值輸出值和儀表參數(shù)，下水箱液位的響應(yīng)過程曲線將如圖4-44-4下水箱液位階躍響應(yīng)曲線PID參數(shù)，重復(fù)步驟8，用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。五、試驗報告要求畫出水箱液位串級掌握系統(tǒng)的構(gòu)造框圖。用試驗方法確定調(diào)整器的相關(guān)參數(shù)，并寫出整定過程。依據(jù)擾動分別作用于主、副對象時系統(tǒng)輸出的響應(yīng)曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。分析主、副調(diào)整器承受不同PID參數(shù)時對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。6．綜合分析兩種掌握方案的試驗效果。六、思考題試述串級掌握系統(tǒng)為什么對主擾動〔二次擾動〕具有很強的抗擾力量？假設(shè)副對象么？當一次擾動作用于主對象時，試問由于副回路的存在，系統(tǒng)的動態(tài)性能比單回路系統(tǒng)的動態(tài)性能有何改進？串級掌握系統(tǒng)投運前需要作好那些預(yù)備工作？主、副調(diào)整器的正反作用方向如何確定？為什么本試驗中的副調(diào)整器為比例〔P〕調(diào)整器？轉(zhuǎn)變副調(diào)整器的比例度，對串級掌握系統(tǒng)的動態(tài)和抗擾動性能有何影響，試從理論上賜予說明。評述串級掌握系統(tǒng)比單回路掌握系統(tǒng)的掌握質(zhì)量高的緣由？動發(fā)生的瞬時，而不是在被掌握量發(fā)生變化后進展的，故稱其為前饋掌握或擾動補償。動對被掌握量所產(chǎn)生的影響均由負反響系統(tǒng)來消退。這樣就能使系統(tǒng)的動態(tài)誤差大大減小，從而提高系統(tǒng)的掌握質(zhì)量。第一節(jié)下水箱液位前饋-反響掌握系統(tǒng)一、試驗?zāi)康耐ㄟ^本試驗進一步了解液位前饋-反響掌握系統(tǒng)的構(gòu)造與原理。把握前饋補償器的設(shè)計與調(diào)試方法。把握前饋-反響掌握系統(tǒng)參數(shù)的整定與投運方法。二、試驗設(shè)備試驗對象及掌握屏、SA-11SA-12SA-14臺、萬用表一個；RS485/232SA-44PC/PPI三、試驗原理本試驗的被掌握量為下水箱的液位h，主擾動量為變頻器支路的流量。本試驗要求下水LT36-16-1下水箱液位前饋-反響掌握系統(tǒng)構(gòu)造圖 (b)方框圖由圖可知，擾動F〔s〕得到全補償?shù)臈l件為F(s)G(s)+F(s)G(s)G(s)=0f F 0G(s)G(s)=- f (6-1)F G(s)0為前饋掌握已起到了應(yīng)有的作用。為使補償器簡潔起見，G(s)用比例器來實現(xiàn)，如圖其值F按本章式(6-1)來計算。K的整定方法F〔一〕開環(huán)整定法影響的一種整定法。整定時，K由小到大調(diào)整，觀看前饋補償?shù)淖饔茫敝帘豢貐?shù)回到給FK，實際上K值符F F合下式關(guān)系，即KK＝ f (6-2)F K0式中：Kf、K0分別為擾動通道、掌握通道的靜態(tài)放大系數(shù)。開環(huán)整定法適用于在系統(tǒng)中其他擾動不占主要地位的場合，不然有較大偏差?！捕城梆?反響整定法6-2前饋-反響系統(tǒng)參數(shù)整定方框圖在圖6-2所示系統(tǒng)反響回路整定好的根底上，先合上開關(guān)K，使系統(tǒng)為前饋-反響掌握系統(tǒng)，然后由小到大調(diào)整K值，可得到在擾動f〔t〕6-3F線，其中圖6-3〔b〕所示的曲線補償效果最好。欠補償 (b)補償適宜 (c)過補償圖6-3前饋-反響系統(tǒng)KF的整定過程〔三〕利用反響系統(tǒng)整定KF待“圖6-2”所示系統(tǒng)運行正常后，翻開開關(guān)K，則系統(tǒng)成為反響掌握。待系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并使被控參數(shù)等于給定值時，記錄相應(yīng)的擾動量F和調(diào)整器輸出0u0人為轉(zhuǎn)變前饋擾動，使F變?yōu)镕，待系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)，且被控參數(shù)等于給定值時，記0 1錄此時調(diào)整器的輸出值u。1按下式計算K值Fu uK=1 0 (6-3)F FF1 0四、試驗內(nèi)容與步驟F1-1、F1-7、F2-1、F2-5F1-10(40%～80%)、F1-11至適當開度(30%～70%閥F1-10>F1-11)，其余閥門都關(guān)閉。〔一、智能儀表掌握將SA-11SA-12SA-14SA-12RS-485通訊口上，將掌握屏右側(cè)RS-485通訊線通過RS-485/2321，并依據(jù)下面的掌握屏接線圖連接試驗系統(tǒng)。儀表掌握“下水箱液位前饋-反響掌握”試驗接線圖接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，翻開24V開關(guān)電源，給液位變送器及渦輪番量計上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關(guān)，給電動調(diào)整閥及智能儀表上電。智能儀表Ⅰ參數(shù)設(shè)置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能調(diào)整儀參數(shù)設(shè)置請參考智能調(diào)整儀使用手冊。THJ-3VIE進入組態(tài)王運行環(huán)境，在主菜單中點擊“試驗十九、下水箱液位前饋反響掌握系統(tǒng)試驗監(jiān)控界面。在上位機監(jiān)控界面中將智能儀表設(shè)置為“手動”輸出，并將輸出值設(shè)置為一個適宜的值，此操作也可通過調(diào)整儀表實現(xiàn)。合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當增加/削減智能儀表的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值。按單回路的整定方法整定調(diào)整器參數(shù)，并按整定得到的參數(shù)進展調(diào)整器設(shè)定。按前面靜態(tài)放大系數(shù)的整定方法整定前饋放大系數(shù)KF比值器輸入輸出電壓之比即可。待液位穩(wěn)定到給定值時，將調(diào)整器切換到“自動”狀態(tài)，待液位平衡后，翻開閥門F