實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容

目錄試驗(yàn)裝置闡明………1系統(tǒng)概述THKGK-3型高級(jí)過程控制對(duì)象系統(tǒng)試驗(yàn)裝置THKGK-3型過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)軟件簡介試驗(yàn)規(guī)定及安全操作規(guī)程被控對(duì)象特性測試試驗(yàn)……………12單容自衡水箱液位特性的測試雙容（串聯(lián)）水箱特性的測試雙容（并聯(lián)）水箱特性的測試單回路控制系統(tǒng)試驗(yàn)………………26單回路控制系統(tǒng)概述單容水箱液位定值控制系統(tǒng)雙容（串聯(lián)）水箱液位定值控制系統(tǒng)雙容（并聯(lián)）水箱液位定值控制系統(tǒng)溫度定值控制系統(tǒng)單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng)溫度位式控制系統(tǒng)試驗(yàn)……………49鍋爐水溫位式控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)試驗(yàn)…………………53串級(jí)控制系統(tǒng)概述雙容（串聯(lián)）液位串級(jí)控制系統(tǒng)雙容（并聯(lián)）液位串級(jí)控制系統(tǒng)溫度與流量串級(jí)控制系統(tǒng)液位與流量串級(jí)控制系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)試驗(yàn)……………73第一章試驗(yàn)裝置闡明第一節(jié)系統(tǒng)概述一、概述“THKGK-3型過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)”是由試驗(yàn)控制對(duì)象、試驗(yàn)控制臺(tái)及上位監(jiān)控PC機(jī)三部分構(gòu)成。它是我司根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化及其他有關(guān)專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，并吸取了國內(nèi)外同類試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長處，通過精心設(shè)計(jì)，多次試驗(yàn)和反復(fù)論證而推出的一套全新的綜合性試驗(yàn)裝置。本裝置結(jié)合了當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場過程控制的現(xiàn)實(shí)狀況，是一套集自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能試驗(yàn)設(shè)備。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)顧客的需要設(shè)計(jì)構(gòu)成AI智能儀表，DDC遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，PLC可編程控制等多種控制系統(tǒng)，它既可作為本科，專科，高職過程控制課程的試驗(yàn)裝置，也可為教師、碩士及科研人員對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)的研究提供一種物理模擬對(duì)象和試驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生通過本試驗(yàn)裝置進(jìn)行綜合試驗(yàn)后可掌握如下內(nèi)容：1．傳感器特性的認(rèn)識(shí)和零點(diǎn)遷移；2．自動(dòng)化儀表的初步使用；3．變頻器的基本原理和初步使用；4．測定被控對(duì)象特性的措施；5．單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；6．串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；7．控制參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的規(guī)定；8．控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、接線、投運(yùn)等綜合能力培養(yǎng)；9．多種控制方案的生成過程及控制算法程序的編制措施。二、系統(tǒng)特點(diǎn)真實(shí)性、直觀性、綜合性強(qiáng)，控制對(duì)象組件所有來源于工業(yè)現(xiàn)場；被控參數(shù)全面，涵蓋了持續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等經(jīng)典參數(shù)；具有廣泛的擴(kuò)展性和后續(xù)開發(fā)功能，所有I/O信號(hào)所有采用國際原則IEC信號(hào)；具有控制參數(shù)和控制方案的多樣化。通過不一樣被控參數(shù)、控制器、執(zhí)行器及工藝管路的組合可構(gòu)成幾十種過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目；多種控制算法和調(diào)整規(guī)律在開放的試驗(yàn)軟件平臺(tái)上都可以實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表在上位機(jī)軟件系統(tǒng)中很輕易存儲(chǔ)及調(diào)用，以便試驗(yàn)者進(jìn)行試驗(yàn)后的比較和分析；多種控制方式：可采用AI智能儀表控制、S7-200或S7-300PLC可編程控制、DDC遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制等多種控制方式；充足考慮了各大高校自動(dòng)化專業(yè)的大綱規(guī)定，完全能滿足教學(xué)試驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要，同步學(xué)生可自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，進(jìn)行綜合性、發(fā)明性過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作、獨(dú)立分析問題和處理問題的能力。三、試驗(yàn)裝置的安全保護(hù)體系1．單相三線制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護(hù)裝置的單相三線制斷路器進(jìn)入系統(tǒng)電源之后又分為三個(gè)單相支路。總電源設(shè)有單相通電指示燈和220V單相電壓指示表；2．控制屏上裝有一套電壓型漏電保護(hù)和一套電流型漏電保護(hù)裝置；3．多種電源及多種儀表均有可靠的自保護(hù)功能；4．強(qiáng)電接線插頭采用封閉式構(gòu)造，以防止觸電事故的發(fā)生；5．強(qiáng)弱電連接線采用不一樣構(gòu)造的插頭、插座，防止強(qiáng)弱電混接。第二節(jié)THKGK-3型高級(jí)過程控制對(duì)象系統(tǒng)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)對(duì)象總貌圖如圖1-1所示：圖1-1試驗(yàn)對(duì)象總貌圖本試驗(yàn)裝置對(duì)象重要由變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻調(diào)速）、渦輪番量計(jì)及手動(dòng)調(diào)整閥構(gòu)成。一、被控對(duì)象由不銹鋼儲(chǔ)水箱、（上、下）兩個(gè)串接有機(jī)玻璃水箱、左右兩個(gè)并聯(lián)有機(jī)玻璃水箱，復(fù)合水箱和敷塑不銹鋼管道等構(gòu)成。1．水箱：包括左上水箱、右上水箱、復(fù)合水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、中、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不僅堅(jiān)實(shí)耐用，并且透明度高，便于學(xué)生直接觀測液位的變化和記錄成果。上、下水箱尺寸均為：D=25cm，H=15cm。水箱構(gòu)造獨(dú)特，由三個(gè)槽構(gòu)成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽，出水時(shí)工作槽的水通過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣通過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀測。水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力傳感器與變送器，可對(duì)水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測和變送。上、下水箱可以組合成一階、二階、單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)液位串級(jí)控制系統(tǒng)。儲(chǔ)水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能滿足上、中、下水箱的試驗(yàn)供水需要。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。2．復(fù)合水箱：包括加熱層和冷卻層，加熱層由不銹鋼精制而成，可運(yùn)用它進(jìn)行溫度試驗(yàn)。做溫度試驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量迅速散發(fā)，使加熱層的溫度迅速下降。3．管道及閥門：整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底防止了管道系統(tǒng)生銹的也許性。有效提高了試驗(yàn)裝置的使用年限。其中儲(chǔ)水箱底部有一種出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開將水直接排出。二、檢測裝置1．壓力傳感器、變送器：三個(gè)壓力傳感器分別用來對(duì)左上、右上、左下三個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測，其量程為0～5KP，精度為0.5級(jí)。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同步采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨賠償。采用原則二線制傳播方式，工作時(shí)需提供24V直流電源，輸出：4～20mADC。2．溫度傳感器：裝置中采用Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，用來檢測復(fù)合水箱的水溫。Pt100測溫范圍：-200～+420℃。通過調(diào)整器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA直流電流信號(hào)。Pt100傳感器精度高，熱賠償性很好。3．模擬轉(zhuǎn)換器：模擬轉(zhuǎn)換器（渦輪番量計(jì)）用來對(duì)由變頻器控制的動(dòng)力支路的流量進(jìn)行檢測。它的長處是測量精度高，反應(yīng)快。采用原則二線制傳播方式，工作時(shí)需提供24V直流電源。流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mADC。三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ-8P，流量為30升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。第三節(jié)THKGK-3型過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)“THKGK-3型過程控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)”重要由控制屏組件、智能儀表控制組件、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制組件、PLC控制組件等幾部分構(gòu)成。一、控制屏組件1．I/O信號(hào)接口面板該面板的作用重要是通過航空插頭（一端與對(duì)象系統(tǒng)連接）將各傳感器檢測信號(hào)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上自鎖緊插孔相連，便于學(xué)生自行連線構(gòu)成不一樣的控制系統(tǒng)。2．SA-11交流變頻控制掛件采用三菱企業(yè)的FR-S520SE-0.4K-CHR型變頻器，控制信號(hào)輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵。有關(guān)變頻器的使用請(qǐng)參照變頻器使用手冊(cè)中有關(guān)的內(nèi)容。變頻器常用參數(shù)設(shè)置：P30＝1；P53＝1；P62＝4；P79＝0。3．單相移相調(diào)壓裝置輸入控制信號(hào)為4～20mA原則電流信號(hào)，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來控制電加熱絲的兩端電壓，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合水箱溫度的持續(xù)控制。二、智能儀表控制組件采用上海萬迅儀表有限企業(yè)生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)整儀表，其中SA-12智能調(diào)整儀控制掛件為AI-818型，SA-13智能位式調(diào)整儀為AI-708型。AI-818型儀表為PID控制型，輸出為4～20mADC信號(hào)；而AI-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點(diǎn)型開關(guān)量信號(hào)。AI系列儀表通過RS485串口通信協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。AI儀表常用參數(shù)設(shè)置：CtrL：控制方式。CtrL＝0，采用位式控制；CtrL＝1，采用AI人工智能調(diào)整/PID調(diào)整；CtrL＝2，啟動(dòng)自整定參數(shù)功能；CtrL＝3，自整定結(jié)束。Sn：輸入規(guī)格。Sn＝21，Pt100熱電阻輸入；Sn＝32，0.2～1VDC電壓輸入；Sn＝33，1～5VDC電壓輸入。DIL：輸入下限顯示值，一般DIL＝0。DIH：輸入上限顯示值。輸入為液位信號(hào)時(shí)，DIH＝50.0；輸入為熱電阻信號(hào)時(shí)，DIH＝100。OP1：輸出方式，一般OP1＝4為4～20mA線性電流輸出。CF：系統(tǒng)功能選擇。CF＝0為內(nèi)部給定，反作用調(diào)整；CF＝1為內(nèi)部給定，正作用調(diào)整；CF＝8為外部給定，反作用調(diào)整；CF＝9為外部給定，正作用節(jié)。Addr：通訊地址。單回路試驗(yàn)Addr＝1；串級(jí)試驗(yàn)主控為Addr＝1，副控為Addr＝2。試驗(yàn)中各儀表通訊地址不容許相似。P、I、D參數(shù)可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)整，其他參數(shù)請(qǐng)參照默認(rèn)設(shè)置。有關(guān)AI系列儀表的使用請(qǐng)參照闡明書上有關(guān)的內(nèi)容。三、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制組件遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制即我們一般所說的直接數(shù)字控制（DDC），它的特點(diǎn)是以計(jì)算機(jī)替代模擬調(diào)整器進(jìn)行控制，并通過數(shù)據(jù)采集板卡或模塊進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換，控制算法所有在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在本裝置中遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括SA-21遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集熱電阻輸入模塊掛件、SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊掛件、SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊掛件。采用天煌科技ICP7000系列智能采集模塊，其中I-7017是8路模擬量輸入模塊，I-7024是4路模擬量輸出模塊，I-7033是3路熱電阻輸入模塊。ICP7000系列智能采集模塊通過RS485等串行口通訊協(xié)議與PC相連，由PC中的算法及程序控制并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)現(xiàn)場的模擬量、開關(guān)量信號(hào)的輸入和輸出、脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)和測量脈沖頻率等功能。圖1-5所示即為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖。圖中輸入輸出通道即為ICP7000智能采集模塊。有關(guān)ICP7000智能模塊的詳細(xì)使用請(qǐng)參照裝置附帶的光盤中的有關(guān)內(nèi)容。圖1-5遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖DDC輸入模塊接線闡明：AI0為左上水箱液位輸入通道AI1為左下水箱液位輸入通道AI2為右上水箱液位輸入通道AI3為管道流量輸入通道AI4為復(fù)合水箱溫度輸入通道溫度信號(hào)（pt100）用智能儀表作變送，詳細(xì)接線如下圖：智能儀表用作溫度變送儀表時(shí)參數(shù)設(shè)置：DDC輸出模塊接線闡明：AO1為變頻器控制信號(hào)輸出通道AO2為調(diào)壓模塊控制信號(hào)輸出通道輸出信號(hào)需串接24V電源，詳細(xì)接線如下圖：四、PLC控制組件可編程控制器（簡稱PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。目前國內(nèi)外PLC品種繁多，生產(chǎn)PLC的廠商也諸多，其中德國西門子企業(yè)在S5系列PLC的基礎(chǔ)上推出了S7系列PLC，性能價(jià)格比越來越高。S7系列PLC有很強(qiáng)的模擬量處理能力和數(shù)字運(yùn)算功能，具有許多過去大型PLC才有的功能，其掃描速度甚至超過了許多大型的PLC，S7系列PLC功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，并具有緊湊的、無槽位限制的模塊化構(gòu)造，因而在國內(nèi)工控現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。在本裝置中采用了S7-200控制系統(tǒng)，使學(xué)生對(duì)于西門子中小型PLC有較深入的理解。這套系統(tǒng)包括SA-42S7-200PLC可編程控制器掛件。S7-200是一種疊裝式構(gòu)造的小型PLC。本試驗(yàn)系統(tǒng)包括一種CPU224主機(jī)模塊和一種EM235模擬量I/O模塊，以及一根PC/PPI連接線。其中CPU224模塊帶有14點(diǎn)開關(guān)量輸入和10點(diǎn)開關(guān)量輸出，EM235模擬量擴(kuò)展模塊帶有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。圖1-7所示為S7-200PLC控制系統(tǒng)構(gòu)造圖。圖1-7S7-200PLC控制系統(tǒng)框圖第四節(jié)軟件簡介一、MCGS組態(tài)軟件本裝置中智能儀表控制方案、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制方案和S7-200PLC控制方案均采用了北京昆侖企業(yè)的MCGS組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平臺(tái)的，用于迅速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/NT/等操作系統(tǒng)。MCGS5.5為顧客提供了處理實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，可以完畢現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。有關(guān)MCGS軟件的使用參照配套的手冊(cè)及光盤。第五節(jié)試驗(yàn)規(guī)定及安全操作規(guī)程一、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備試驗(yàn)前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書有關(guān)章節(jié)，認(rèn)真研讀試驗(yàn)指導(dǎo)書，理解試驗(yàn)?zāi)康摹㈨?xiàng)目、措施與環(huán)節(jié)，明確試驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題，并按試驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備記錄等。試驗(yàn)前應(yīng)理解試驗(yàn)裝置中的對(duì)象、水泵、變頻器和所用控制組件的名稱、作用及其所在位置,以便于在試驗(yàn)中對(duì)它們進(jìn)行操作和觀測。熟悉試驗(yàn)裝置面板圖，規(guī)定做到：由面板上的圖形、文字符號(hào)能精確找到該設(shè)備的實(shí)際位置。熟悉工藝管道構(gòu)造、每個(gè)手動(dòng)閥門的位置及其作用。認(rèn)真作好試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，提高試驗(yàn)質(zhì)量和保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備都是很重要的。二、試驗(yàn)過程的基本規(guī)定1．明確試驗(yàn)任務(wù)；2．提出試驗(yàn)方案；3．畫試驗(yàn)接線圖；4．進(jìn)行試驗(yàn)操作，做好觀測和記錄；5．整頓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，撰寫試驗(yàn)匯報(bào)。在進(jìn)行本書中的綜合試驗(yàn)時(shí)，上述規(guī)定應(yīng)盡量讓學(xué)生獨(dú)立完畢，老師予以必要的指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，要做好各主題試驗(yàn)，就應(yīng)做到：試驗(yàn)前有準(zhǔn)備；試驗(yàn)中有條理，試驗(yàn)后有分析。三、試驗(yàn)安全操作規(guī)程1．試驗(yàn)之前保證所有電源開關(guān)均處在“關(guān)”的位置。2．接線或拆線必須在切斷電源的狀況下進(jìn)行，接線時(shí)要注意電源極性。完畢接線后，正式投入運(yùn)行之前，應(yīng)嚴(yán)格檢查安裝、接線與否對(duì)的，并請(qǐng)指導(dǎo)老師確認(rèn)無誤后，方能通電。3．在投運(yùn)之前，請(qǐng)先檢查管道及閥門與否已按試驗(yàn)指導(dǎo)書的規(guī)定打開，儲(chǔ)水箱中與否充水至三分之二以上，以保證磁力驅(qū)動(dòng)泵中充斥水，磁力驅(qū)動(dòng)泵無水空轉(zhuǎn)易導(dǎo)致水泵損壞。4．在進(jìn)行溫度試驗(yàn)前，請(qǐng)先檢查復(fù)合水箱內(nèi)水位，至少保證水位超過電加熱絲底部位置，以免導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。5．試驗(yàn)之前應(yīng)進(jìn)行變送器零位和量程的調(diào)整，調(diào)整時(shí)應(yīng)注意電位器的調(diào)整方向，并分清調(diào)零電位器和滿量程電位器。6．儀表應(yīng)通電預(yù)熱15分鐘后再進(jìn)行校驗(yàn)。7．小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴(yán)防損壞儀表。8．嚴(yán)格遵守試驗(yàn)室有關(guān)規(guī)定。第二章對(duì)象特性測試試驗(yàn)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立一般采用下列二種措施。一種是分析法，即根據(jù)過程的機(jī)理，物料或能量平衡關(guān)系求得它的數(shù)學(xué)模型；另一種是用試驗(yàn)的措施確定。本裝置采用試驗(yàn)措施通過被控對(duì)象對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)來確定它的參數(shù)及數(shù)學(xué)模型。由于此法較簡樸，因而在過程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。第一節(jié)單容自衡水箱液位特性測試試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?．掌握單容水箱的階躍響應(yīng)測試措施，并記錄對(duì)應(yīng)液位的響應(yīng)曲線；2．根據(jù)試驗(yàn)得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用對(duì)應(yīng)的措施確定被測對(duì)象的特性參數(shù)K、T和傳遞函數(shù)；3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備1．試驗(yàn)對(duì)象及控制屏、SA-11掛件一種、計(jì)算機(jī)一臺(tái)、萬用表一種；2．SA-12掛件一種、RS485/232轉(zhuǎn)換器一種、通訊線一根；3．SA-21掛件一種、SA-22掛件一種、SA-23掛件一種；4．SA-42掛件一種、PC/PPI通訊電纜一根。三、試驗(yàn)原理所謂單容指只有一種貯蓄容器。自衡是指對(duì)象在擾動(dòng)作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依托其自身重新恢復(fù)平衡的過程。圖2-1所示為單容自衡水箱特性測試構(gòu)造圖及方框圖。閥門F1-1和F1-4全開，設(shè)下水箱流入量為Q1，變化電動(dòng)調(diào)整閥V1的開度可以變化Q1的大小，下水箱的流出量為Q2，變化出水閥F1-11的開度可以變化Q2。液位h的變化反應(yīng)了Q1與Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的過程。若將Q1作為被控過程的輸入變量，h為其輸出變量，則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是h與Q1之間的數(shù)學(xué)體現(xiàn)式。根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系有Q1-Q2=A(2-1)將式(2-1)表達(dá)為增量形式ΔQ1-ΔQ2=A(2-2)式中：ΔQ1，ΔQ2，Δh——分別為偏離某一平衡狀態(tài)的增量；A——水箱截面積。在平衡時(shí)，Q1=Q2，＝0；當(dāng)Q1發(fā)生變化時(shí)，液位h隨之變化，水箱出圖2-1單容自衡水箱特性測試系統(tǒng)口處的靜壓也隨之變化，Q2也發(fā)生變化。（a）構(gòu)造圖（b）方框圖由流體力學(xué)可知，流體在紊流狀況下，液位h與流量之間為非線性關(guān)系。但為了簡化起見，經(jīng)線性化處理后，可近似認(rèn)為Q2與h成正比關(guān)系，而與閥F1-11的阻力R成反比，即ΔQ2=或R=(2-3)式中：R——閥F1-11的阻力，稱為液阻。將式(2-2)、式(2-3)經(jīng)拉氏變換并消去中間變量Q2，即可得到單容水箱的數(shù)學(xué)模型為W0（s）＝＝=(2-4)式中T為水箱的時(shí)間常數(shù)，T＝RC；K為放大系數(shù)，K＝R；C為水箱的容量系數(shù)。若令Q1（s）作階躍擾動(dòng)，即Q1（s）=，x0=常數(shù)，則式(2-4)可改寫為H（s）=×=K-對(duì)上式取拉氏反變換得h(t)=Kx0(1-e-t/T)(2-5)當(dāng)t—>∞時(shí)，h（∞）-h（0）=Kx0，因而有K=＝(2-6)當(dāng)t=T時(shí)，則有h(T)=Kx0(1-e-1)=0.632Kx0=0.632h(∞)(2-7)式（2-5）表達(dá)一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖2-2（a）所示，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T。也可由坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線作切線OA，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)A所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是該時(shí)間常數(shù)T，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。圖2-2單容水箱的階躍響應(yīng)曲線假如對(duì)象具有滯后特性時(shí)，其階躍響應(yīng)曲線則為圖2-2（b），在此曲線的拐點(diǎn)D處作一切線，它與時(shí)間軸交于B點(diǎn)，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點(diǎn)。圖中OB即為對(duì)象的滯后時(shí)間τ，BC為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T，所得的傳遞函數(shù)為：H(S)=(2-8)四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左下水箱作為被測對(duì)象（也可選擇左上水箱或右上水箱）。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-3全開，將下水箱出水閥門F1-10開至合適開度（30%～80%），其他閥門均關(guān)閉。（一）、智能儀表控制1．將“SA-12智能調(diào)整儀控制”掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及智能儀表上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“THKGK-3智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)一、單容自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入“試驗(yàn)一”的監(jiān)控界面。4．通過調(diào)整儀將輸出值設(shè)置為一種合適的值（50%-70%）。5．合上電源空氣開關(guān)，打開變頻器給磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，合適增長/減少智能儀表的輸出量，使下水箱的液位處在某一平衡位置，記錄此時(shí)的儀表輸出值和液位值。6．待下水箱液位平衡后，突增（或突減）智能儀表輸出量的大小，使其輸出有一種正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不適宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，通過一段時(shí)間后，水箱液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，記錄此時(shí)的儀表輸出值和液位測量值，液位的響應(yīng)過程曲線將如圖2-4所示。圖2-4單容下水箱液位階躍響應(yīng)曲線7．根據(jù)前面記錄的液位值和儀表輸出值，按公式（2-6）計(jì)算K值，再根據(jù)圖2-2中的試驗(yàn)曲線求得T值，寫出單容水箱的傳遞函數(shù)。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1．將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊”、“SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)一、單容自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入試驗(yàn)一的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。（三）、S7-200PLC控制1．將“SA-42S7-200PLC控制”掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及PLC上電。3．打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)一、單容自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入試驗(yàn)一的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出“單容水箱液位特性測試”試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出單容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。六、思索題1．做本試驗(yàn)時(shí)，為何不能任意變化出水閥F1-11開度的大小？2．用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些原因有關(guān)？3．假如采用上水箱做試驗(yàn)，其響應(yīng)曲線與下水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。第二節(jié)雙容（串聯(lián)）水箱特性的測試一、試驗(yàn)?zāi)康?．掌握雙容（串聯(lián)）水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試措施；2．根據(jù)由試驗(yàn)測得雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其特性參數(shù)K、T1、T2及傳遞函數(shù)；3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、原理闡明圖2-5雙容（串聯(lián)）水箱對(duì)象特性測試系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖由圖2-5所示，被測對(duì)象由兩個(gè)不一樣容積的水箱相串聯(lián)構(gòu)成，故稱其為雙容對(duì)象。自衡是指對(duì)象在擾動(dòng)作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依托其自身重新恢復(fù)平衡的過程。根據(jù)本章第一節(jié)單容水箱特性測試的原理，可知雙容水箱數(shù)學(xué)模型是兩個(gè)單容水箱數(shù)學(xué)模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一種二階慣性環(huán)節(jié)來描述：G(s)=G1(s)G2(s)=(2-9)式中K＝k1k2，為雙容水箱的放大系數(shù)，T1、T2分別為兩個(gè)水箱的時(shí)間常數(shù)。本試驗(yàn)中被測量為下水箱的液位，當(dāng)中水箱輸入量有一階躍增量變化時(shí)，兩水箱的液位變化曲線如圖2-10所示。由圖2-10可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)（圖2-10(a)）；而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形曲線（圖2-10(b)），即下水箱的液位響應(yīng)滯后了，它滯后的時(shí)間與閥F1-10和F1-11的開度大小親密有關(guān)。圖2-6雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線（a）中水箱液位（b）下水箱液位雙容對(duì)象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)可按下述措施來確定。在圖2-11所示的階躍響應(yīng)曲線上求?。?1)h2（t）|t=t1=0.4h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)B和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)C和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2。圖2-7雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線然后，運(yùn)用下面的近似公式計(jì)算式(2-10)(2-11)(2-12)0.32〈t1/t2〈0.46由上述兩式中解出T1和T2，于是得到如式（2-9）所示的傳遞函數(shù)。在變化對(duì)應(yīng)的閥門開度后，對(duì)象也許出現(xiàn)滯后特性，這時(shí)可由S形曲線的拐點(diǎn)P處作一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，OA對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間。于是得到雙容滯后（二階滯后）對(duì)象的傳遞函數(shù)為：G（S）=(2-13)四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左上水箱和左下水箱串聯(lián)作為被測對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2全開，將左上水箱出水閥門F1-9、左下水箱出水閥門F1-11開至合適開度（規(guī)定F1-9開度稍不小于F1-11的開度），其他閥門均關(guān)閉。（一）、智能儀表控制1．將SA-12掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照本章第一節(jié)控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上空氣開關(guān)，給智能儀表及變頻器上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“THKGK-3型智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)二、雙容(串聯(lián))自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入“試驗(yàn)二”的監(jiān)控界面。4．通過調(diào)整儀表將輸出值設(shè)置為一種合適的值（一般為最大值的50%～70%，不適宜過大，以免水箱中水溢出）。5．啟動(dòng)變頻器，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，合適增長/減少智能儀表的輸出量，使下水箱的液位處在某一平衡位置，記錄此時(shí)的儀表輸出值和液位值。6．液位平衡后，突增（或突減）儀表輸出量的大小，使其輸出有一種正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不適宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，通過一段時(shí)間后，水箱液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，記錄此時(shí)的儀表輸出值和液位值，液位的響應(yīng)過程曲線將如圖2-8所示。圖2-8雙容水箱液位階躍響應(yīng)曲線7．根據(jù)前面記錄的液位和儀表輸出值，按公式（2-10）計(jì)算K值，再根據(jù)圖2-11中的試驗(yàn)曲線求得T1、T2值，寫出對(duì)象的傳遞函數(shù)。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1．將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊”、“SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)二、雙容(串聯(lián))自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入“試驗(yàn)二”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。（三）、S7-200PLC控制1．將“SA-42S7-200PLC控制”掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及PLC上電。3．打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)二、雙容(串聯(lián))自衡水箱對(duì)象特性測試”，進(jìn)入“試驗(yàn)二”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出雙容（串聯(lián)）水箱液位特性測試試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出雙容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。3．綜合分析幾種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．做本試驗(yàn)時(shí)，為何不能任意變化兩個(gè)出水閥門開度的大??？2．用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些原因有關(guān)？3．引起雙容對(duì)象滯后的原因重要有哪些？第三節(jié)雙容（并聯(lián)）水箱特性的測試一、試驗(yàn)?zāi)康?．掌握雙容（并聯(lián)）水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試措施；2．根據(jù)由試驗(yàn)測得雙容（并聯(lián)）液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其特性參數(shù)K、T1、T2及傳遞函數(shù)；3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、原理闡明圖2-6雙容（并聯(lián)）水箱對(duì)象特性測試系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖由圖2-6所示，被測對(duì)象由兩個(gè)不一樣容積的水箱相并聯(lián)構(gòu)成，故稱其為雙容對(duì)象。自衡是指對(duì)象在擾動(dòng)作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依托其自身重新恢復(fù)平衡的過程。根據(jù)本章第一節(jié)單容水箱特性測試的原理，可知雙容水箱數(shù)學(xué)模型是兩個(gè)單容水箱數(shù)學(xué)模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一種二階慣性環(huán)節(jié)來描述：G(s)=G1(s)G2(s)=(2-9)式中K＝k1k2，為雙容水箱的放大系數(shù)，T1、T2分別為兩個(gè)水箱的時(shí)間常數(shù)。本試驗(yàn)中被測量為下水箱的液位，當(dāng)中水箱輸入量有一階躍增量變化時(shí)，兩水箱的液位變化曲線如圖2-10所示。由圖2-10可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)（圖2-10(a)）；而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形曲線（圖2-10(b)），即下水箱的液位響應(yīng)滯后了，它滯后的時(shí)間與閥F1-10和F1-11的開度大小親密有關(guān)。圖2-6雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線（a）中水箱液位（b）下水箱液位雙容對(duì)象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)可按下述措施來確定。在圖2-11所示的階躍響應(yīng)曲線上求?。?1)h2（t）|t=t1=0.4h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)B和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)C和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2。圖2-7雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線然后，運(yùn)用下面的近似公式計(jì)算式(2-10)(2-11)(2-12)0.32〈t1/t2〈0.46由上述兩式中解出T1和T2，于是得到如式（2-9）所示的傳遞函數(shù)。在變化對(duì)應(yīng)的閥門開度后，對(duì)象也許出現(xiàn)滯后特性，這時(shí)可由S形曲線的拐點(diǎn)P處作一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，OA對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間。于是得到雙容滯后（二階滯后）對(duì)象的傳遞函數(shù)為：G（S）=(2-13)四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左上水箱和右上水箱并聯(lián)作為被測對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2全開，將左上水箱出水閥門F1-9關(guān)閉，閥門F1-7、右上水箱出水閥門F1-10開至合適開度（規(guī)定F1-7開度稍不小于F1-10的開度），其他閥門均關(guān)閉。其他試驗(yàn)環(huán)節(jié)請(qǐng)參照第二節(jié)雙容（串聯(lián)）水箱液位特性測試試驗(yàn)進(jìn)行。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出雙容（并聯(lián)）水箱液位特性測試試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．根據(jù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出雙容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。3．綜合分析多種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．做本試驗(yàn)時(shí)，為何不能任意變化兩個(gè)出水閥門開度的大??？2．用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些原因有關(guān)？3．引起雙容對(duì)象滯后的原因重要有哪些？第三章單回路控制系統(tǒng)試驗(yàn)第一節(jié)單回路控制系統(tǒng)的概述一、單回路控制系統(tǒng)的概述圖3-1為單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對(duì)象、執(zhí)行器、調(diào)整器和測量變送器構(gòu)成一種單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的給定量是某一定值，規(guī)定系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)定至給定量。由于這種系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，性能很好，調(diào)試以便等長處，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。圖3-1單回路控制系統(tǒng)方框圖二、干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響1．干擾通道的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)及純滯后對(duì)系統(tǒng)的影響。干擾通道的放大系數(shù)Kf會(huì)影響干擾加在系統(tǒng)中的幅值。若系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，則干擾通道的放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的靜差也就愈大。假如干擾通道是一慣性環(huán)節(jié)，令時(shí)間常數(shù)為Tf，則階躍擾動(dòng)通過慣性環(huán)節(jié)后，其過渡過程的動(dòng)態(tài)分量被濾波而幅值變小。即時(shí)間常數(shù)Tf越大，則系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差就愈小。一般干擾通道中還會(huì)有純滯后環(huán)節(jié)，它使被調(diào)參數(shù)的響應(yīng)時(shí)間滯后一種τ值，但不會(huì)影響系統(tǒng)的調(diào)整質(zhì)量。2．干擾進(jìn)入系統(tǒng)中的不一樣位置。復(fù)雜的生產(chǎn)過程往往有多種干擾量，它們作用在系統(tǒng)的不一樣位置，如圖3-2所示。同一形式、大小相似的擾動(dòng)作用在系統(tǒng)中不一樣的位置所產(chǎn)生的靜差是不一樣樣的。對(duì)擾動(dòng)產(chǎn)生影響的僅是擾動(dòng)作用點(diǎn)前的那些環(huán)節(jié)。圖3-2擾動(dòng)作用于不一樣位置的控制系統(tǒng)三、控制規(guī)律的選擇PID控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中簡介，在此將有關(guān)結(jié)論再簡樸歸納一下。1．比例(P)調(diào)整純比例調(diào)整器是一種最簡樸的調(diào)整器，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很快。由于比例調(diào)整只有一種參數(shù)，因此整定很以便。這種調(diào)整器的重要缺陷是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP=(3-1)式中KP為比例系數(shù)，δ為比例帶。2．比例積分(PI)調(diào)整PI調(diào)整器就是運(yùn)用P調(diào)整迅速抵消干擾的影響，同步運(yùn)用I調(diào)整消除殘差，但I(xiàn)調(diào)整會(huì)減少系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種調(diào)整器在過程控制中是應(yīng)用最多的一種調(diào)整器。其傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP(1+)＝(1+)(3-2)式中TI為積分時(shí)間。3．比例微分(PD)調(diào)整這種調(diào)整器由于有微分的超前作用，能增長系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加緊系統(tǒng)的調(diào)整過程，減小動(dòng)態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導(dǎo)致調(diào)整閥動(dòng)作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。PD調(diào)整器的傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP(1+TDs)＝(1+TDs)(3-3)式中TD為微分時(shí)間。4．比例積分微分(PID)調(diào)整器PID是常規(guī)調(diào)整器中性能最佳的一種調(diào)整器。由于它具有各類調(diào)整器的長處，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。它的傳遞函數(shù)為GC(s)=KP(1++TDs)＝(1++TDs)(3-4)圖3-3表達(dá)了同一對(duì)象在相似階躍擾動(dòng)下，采用不一樣控制規(guī)律時(shí)具有相似衰減率的響應(yīng)過程。圖3-3多種控制規(guī)律對(duì)應(yīng)的響應(yīng)過程四、調(diào)整器參數(shù)的整定措施調(diào)整器參數(shù)的整定一般有兩種措施：一種是理論計(jì)算法，即根據(jù)廣義對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和性能規(guī)定，用根軌跡法或頻率特性法來確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)；另一種措施是工程試驗(yàn)法，通過對(duì)經(jīng)典輸入響應(yīng)曲線所得到的特性量，然后查照經(jīng)驗(yàn)表，求得調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)。工程試驗(yàn)整定法有如下四種：（一）經(jīng)驗(yàn)法若將控制系統(tǒng)按照液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對(duì)象往往比較靠近，因此無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可互相參照。表3-1為經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的參照數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)整器的參數(shù)作深入修正。若需加微分作用，微分時(shí)間常數(shù)按TD=(～)TI計(jì)算。表3-1經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)δ(%)TI(min)TD(min)溫度20～603～100.5～3流量40～1000.1～1壓力30～700.4～3液位20～80(二)臨界比例度法圖3-4具有周期TS的等幅振蕩這種整定措施是在閉環(huán)狀況下進(jìn)行的。設(shè)TI=∞，TD=0，使調(diào)整器工作在純比例狀況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)展現(xiàn)等幅振蕩，如圖3-4所示。根據(jù)臨界比例度δk和振蕩周期TS，按表3-2所列的經(jīng)驗(yàn)算式，求取調(diào)整器的參照參數(shù)值，這種整定措施是以得到4：1衰減為目的。表3-2臨界比例度法整定調(diào)整器參數(shù)調(diào)整器參數(shù)調(diào)整器名稱δTI(S)TD(S)P2δkPI2.2δkTS/1.2PID1.6δk0.5TS0.125TS臨界比例度法的長處是應(yīng)用簡樸以便，但此法有一定限制。首先要產(chǎn)生容許受控變量能承受等幅振蕩的波動(dòng)，另一方面是受控對(duì)象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時(shí)，應(yīng)尤其注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。（三）衰減曲線法（阻尼振蕩法）圖3-54：1衰減曲線法圖形在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)整器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動(dòng)觀測輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖3-5所示的4：1衰減過程為止。這時(shí)的比例度稱為4：1衰減比例度，用δS表達(dá)之。相鄰兩波峰間的距離稱為4：1衰減周期TS。根據(jù)δS和TS，運(yùn)用表3-3所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)整器預(yù)整定的參數(shù)值。表3-3衰減曲線法計(jì)算公式調(diào)整器參數(shù)調(diào)整器名稱δ（%）TI(min)TD(min)PδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS（四）動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法所謂動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的措施，即根據(jù)第二章中對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線測試法測得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（K、T、τ等），運(yùn)用表3-4所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于衰減率為4：1時(shí)調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)。假如被控對(duì)象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（4：1衰減）就有難度，此時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法進(jìn)行整定。表3-4經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式調(diào)整器參數(shù)調(diào)整器名稱δ（%）TITDP×100%PI1.1×100%3.3τPID0.85×100%2τ0.5τ第二節(jié)單容液位定值控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．理解單容液位定值控制系統(tǒng)的構(gòu)造與構(gòu)成。2．掌握單容液位定值控制系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定和投運(yùn)措施。3．研究調(diào)整器有關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。4．理解P、PI、PD和PID四種調(diào)整器分別對(duì)液位控制的作用。5．掌握同一控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理圖3-6單容液位定值控制系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖本試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造圖和方框圖如圖3-6所示。被控量為左下水箱（也可采用左上水箱或右上水箱）的液位高度，試驗(yàn)規(guī)定水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT2檢測到的左下水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過調(diào)整器控制電動(dòng)調(diào)整閥的開度，以到達(dá)控制左下水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)整器應(yīng)為PI或PID控制。四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左下水箱作為被控對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-4全開，將左下水箱出水閥門F1-10開至合適開度（20%～80%），其他閥門均關(guān)閉。（一）、智能儀表控制1．將“SA-12智能調(diào)整儀控制”掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及智能儀表上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“THKGK-3型智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)六、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入“試驗(yàn)六”的監(jiān)控界面。4．在上位機(jī)監(jiān)控界面中點(diǎn)擊“啟動(dòng)儀表”。將智能儀表設(shè)置為“手動(dòng)”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一種合適的值，此操作可通過調(diào)整儀表實(shí)現(xiàn)。5．啟動(dòng)變頻器，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，合適增長/減少智能儀表的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值。6．按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)法或動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定調(diào)整器參數(shù)，選擇PI控制規(guī)律，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)整器參數(shù)設(shè)置。7．待液位穩(wěn)定于給定值后，將調(diào)整器切換到“自動(dòng)”控制狀態(tài)，待液位平衡后，通過如下幾種方式加干擾：（1）突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一種正（或負(fù)）階躍增量的變化；（此法推薦，背面三種僅供參照）（2）將右下水箱進(jìn)水閥F1-5開至合適開度；（變化負(fù)載）以上兩種干擾均規(guī)定擾動(dòng)量為控制量的5％～15％，干擾過大也許導(dǎo)致水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，通過一段調(diào)整時(shí)間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值，記錄此時(shí)的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，液位的響應(yīng)過程曲線將如圖3-8所示。 圖3-8單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線8．分別適量變化調(diào)整儀的P及I參數(shù)，反復(fù)環(huán)節(jié)7，用計(jì)算機(jī)記錄不一樣參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。9．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律反復(fù)環(huán)節(jié)4～8，用計(jì)算機(jī)記錄不一樣控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1．將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊”、“SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)四、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入“試驗(yàn)四”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。（三）、S7-200PLC控制1．將“SA-42S7-200PLC控制”掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及PLC上電。3．打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)六、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入“試驗(yàn)六”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出單容水箱液位定值控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．用試驗(yàn)措施確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．比較不一樣PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制規(guī)律對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。6．綜合分析多種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．假如采用上水箱做試驗(yàn)，其響應(yīng)曲線與下水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。2．變化比例度δ和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？第三節(jié)雙容（串聯(lián)）水箱液位定值控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．通過試驗(yàn)深入理解雙容（串聯(lián)）水箱液位的特性。2．掌握雙容水箱液位控制系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定與投運(yùn)措施。3．研究調(diào)整器有關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。4．研究P、PI、PD和PID四種調(diào)整器分別對(duì)液位系統(tǒng)的控制作用。5．掌握雙容液位定值控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理本試驗(yàn)以左上水箱與左下水箱串聯(lián)作為被控對(duì)象，左下水箱的液位為系統(tǒng)的被控制量。規(guī)定左下水箱液位測量值穩(wěn)定至給定值，將壓力傳感器LT2檢測到的左下水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過調(diào)整器控制電動(dòng)調(diào)整閥的開度，以到達(dá)控制下水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)整器應(yīng)為PI或PID控制。調(diào)整器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定措施。本試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造圖和方框圖如圖3-9所示。圖3-9雙容液位定值控制系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左上水箱和左下水箱串聯(lián)作為雙容對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2全開，將左上水箱出水閥門F1-9開至合適開度（40%～90%）、左下水箱出水閥門F1-10開至合適開度（30%～80%規(guī)定閥F1-9稍不小于閥F1-10），其他閥門均關(guān)閉。詳細(xì)試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)可根據(jù)本試驗(yàn)的目的與原理參照前一節(jié)“單容液位定值控制”中的對(duì)應(yīng)方案進(jìn)行。儀表試驗(yàn)的接線與第二章第一節(jié)“單容對(duì)象特性測試”的接線圖完全同樣。值得注意的是手自動(dòng)切換的時(shí)間為：當(dāng)左上水箱液位基本穩(wěn)定不變（一般約為3～5cm）且左下水箱的液位趨于給定值時(shí)切換為最佳。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出雙容水箱液位定值控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．用試驗(yàn)措施確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．比較不一樣PI參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。6．綜合分析多種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．假如采用左上水箱和右上水箱做試驗(yàn)，其響應(yīng)曲線與本試驗(yàn)的曲線有什么異同？并分析差異原因。2．變化比例度δ和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？3．為何本試驗(yàn)比“單容液位定值控制系統(tǒng)”更輕易引起振蕩？要到達(dá)同樣的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，在本試驗(yàn)中調(diào)整器的比例度和積分時(shí)間常數(shù)要怎么設(shè)置？第四節(jié)雙容（并聯(lián)）水箱液位定值控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．理解雙容（并聯(lián)）水箱液位定值控制系統(tǒng)的構(gòu)造和構(gòu)成。2．掌握二階系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定與投運(yùn)措施。3．研究調(diào)整器有關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。4．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。5．綜合分析多種控制方案的試驗(yàn)效果。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理圖3-10雙容（并聯(lián)）液位定值控制系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖本試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造圖和方框圖如圖3-10所示。本試驗(yàn)以左上、右上兩只水箱并聯(lián)作為被控對(duì)象，下水箱的液位為系統(tǒng)的被控制量。本試驗(yàn)規(guī)定右上水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT3檢測到的右上水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，與給定量比較后的差值通過調(diào)整器控制變頻器的頻率，以到達(dá)控制右上水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)整器應(yīng)為PI或PID控制。調(diào)整器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定措施。四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇左上、右上兩只水箱并聯(lián)構(gòu)成雙容對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2全開，將左上水箱出水閥門F1-9關(guān)閉，閥門F1-7開至合適開度（50%～90%）、右上水箱出水閥門F1-11開至合適開度（40%～80%）規(guī)定閥門開度F1-7>F1-11），其他閥門均關(guān)閉。詳細(xì)試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)可根據(jù)本試驗(yàn)的目的與原理參照本章第二節(jié)“單容液位定值控制”中的對(duì)應(yīng)方案進(jìn)行。試驗(yàn)的接線與第二章第一節(jié)單容對(duì)象特性測試的接線圖完全同樣。值得注意的是手自動(dòng)切換的時(shí)間為：當(dāng)左上水箱液位基本穩(wěn)定不變（一般約為3～5cm）且右上水箱的液位趨于給定值時(shí)切換為最佳。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出雙容（并聯(lián)）水箱液位定值控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．用試驗(yàn)措施確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)，并寫出整定過程。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析二階系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．比較在相似的階躍擾動(dòng)下不一樣PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。5．比較在相似的PID參數(shù)下，階躍擾動(dòng)作用在不一樣位置對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。6．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。7．綜合分析幾種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．為何對(duì)兩個(gè)水箱的出水閥開度大小規(guī)定不一樣？2．變化比例度δ和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？3．假如在相似階躍信號(hào)作用下，規(guī)定系統(tǒng)的被控制量具有與前面兩個(gè)試驗(yàn)完全相似的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，本試驗(yàn)中調(diào)整器的PID參數(shù)應(yīng)怎樣設(shè)置？第五節(jié)溫度定值控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．理解單回路溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理。2．研究P、PI、PD和PID四種調(diào)整器分別對(duì)溫度系統(tǒng)的控制作用。3．理解PID參數(shù)自整定的措施及其參數(shù)整定在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性。4．分析鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫與靜態(tài)水溫在控制效果上有何不一樣之處？二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理本試驗(yàn)以復(fù)合水箱內(nèi)的小鍋爐作為被控對(duì)象，鍋爐的水溫為系統(tǒng)的被控制量。本試驗(yàn)規(guī)定鍋爐內(nèi)的水溫穩(wěn)定至給定量，將鉑電阻檢測到的鍋爐內(nèi)溫度信號(hào)TT作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過調(diào)整器控制單相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即電加熱管的端電壓），以到達(dá)控制鍋爐水溫的目的。在鍋爐水溫的定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定措施與其他單回路控制系統(tǒng)同樣，但由于加熱過程容量時(shí)延較大，因此其控制過渡時(shí)間也較長，系統(tǒng)的調(diào)整器可選擇PD或PID控制。本試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造圖和方框圖如圖3-11所示。圖3-11溫度定值控制系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖可以采用兩種方案對(duì)鍋爐的水溫進(jìn)行控制：（一）復(fù)合水箱不加冷卻水（靜態(tài)）（二）復(fù)合水箱加冷卻水（動(dòng)態(tài)）顯然，兩種方案的控制效果是不一樣樣的，后者比前者的升溫過程稍慢，降溫過程稍快，過渡過程時(shí)間稍短。四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇鍋爐水溫作為被控對(duì)象，試驗(yàn)之前將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-5全開，其他閥門關(guān)閉。打開變頻器電源并手動(dòng)調(diào)整其頻率，給鍋爐內(nèi)貯一定的水量，然后關(guān)閉閥F1-5，打開閥F1-6，為給鍋爐供冷水做好準(zhǔn)備。1．將SA-11掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，給智能儀表上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“THKGK-3型智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)五、溫度定值控制”，進(jìn)入“試驗(yàn)五”的監(jiān)控界面。4．將智能儀表設(shè)置為“手動(dòng)”，并將輸出值設(shè)置為一種合適的值（50%～70%），此操作可通過調(diào)整儀表實(shí)現(xiàn)。5．單相電加熱管通電加熱，合適增長/減少智能儀表的輸出量，使鍋爐內(nèi)的水溫平衡于設(shè)定值。6．按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)法或動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定調(diào)整器參數(shù)，選擇PID控制規(guī)律，并按整定后的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整器參數(shù)設(shè)置。7．待鍋爐內(nèi)水溫穩(wěn)定于給定值時(shí)，將調(diào)整器切換到“自動(dòng)”狀態(tài)，待水溫平衡后，突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一種正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不適宜過大，一般為設(shè)定值的5％～15%為宜），于是鍋爐內(nèi)的水溫便離開原平衡狀態(tài)，通過一段調(diào)整時(shí)間后，水溫穩(wěn)定至新的設(shè)定值，記錄此時(shí)智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，水溫的響應(yīng)過程曲線將如圖3-16所示。 圖3-12鍋爐內(nèi)膽水溫階躍響應(yīng)曲線8．適量變化調(diào)整儀的PID參數(shù)，反復(fù)環(huán)節(jié)7，用計(jì)算機(jī)記錄不一樣參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。9．打開變頻器電源開關(guān)，給變頻器上電，將變頻器設(shè)置在合適的頻率（19Hz左右），變頻器支路開始往復(fù)合水箱打冷水，反復(fù)環(huán)節(jié)4～8，觀測試驗(yàn)的過程曲線與前面不加冷水的過程有何不一樣。10．分別采用P、PI、PD控制規(guī)律反復(fù)試驗(yàn)，觀測在不一樣的PID參數(shù)值下，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1．將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊”、“SA-21遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集Pt100輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)八、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入“試驗(yàn)八”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。（三）、S7-200PLC控制1．將“SA-42S7-200PLC控制”掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口1，并按照下面的控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及PLC上電。3．打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)六、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入“試驗(yàn)六”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出鍋爐水溫定值控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．用試驗(yàn)措施確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．比較不一樣PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。6．綜合分析幾種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．在溫度控制系統(tǒng)中，為何用PD和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制時(shí)有明顯地改善？2．為何動(dòng)態(tài)水的溫度控制比靜態(tài)水時(shí)的溫度控制更輕易穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能更好？第六節(jié)單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．理解單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的構(gòu)造構(gòu)成與原理。2．掌握單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定措施。3．研究調(diào)整器有關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。4．研究P、PI、PD和PID四種控制分別對(duì)流量系統(tǒng)的控制作用。5．掌握同一控制系統(tǒng)采用不一樣控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理圖3-16單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng)(a)構(gòu)造圖(b)方框圖本試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造圖和方框圖如圖3-16所示。被控量為變頻器支路的流量，試驗(yàn)規(guī)定變頻器支路流量穩(wěn)定至給定值。將渦輪番量計(jì)FT1檢測到的流量信號(hào)作為反饋信號(hào)，并與給定量比較，其差值通過調(diào)整器控制變頻器的頻率，以到達(dá)控制管道流量的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)整器應(yīng)為PI控制，并且在試驗(yàn)中PI參數(shù)設(shè)置要比較大。四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇變頻器支路流量作為被控對(duì)象。試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-4、F1-11全開，其他閥門均關(guān)閉。詳細(xì)試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)可根據(jù)本試驗(yàn)的目的與原理參照前面的單閉環(huán)定值控制中對(duì)應(yīng)方案進(jìn)行。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出單閉環(huán)流量定值控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．用試驗(yàn)措施確定調(diào)整器的有關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．比較不一樣PI參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本試驗(yàn)系統(tǒng)的作用。6．綜合分析幾種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．變化比例度δ和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？2．在本試驗(yàn)中為何采用PI控制規(guī)律，而不用純P控制規(guī)律？第四章溫度位式控制系統(tǒng)試驗(yàn)第一節(jié)鍋爐水溫位式控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．理解溫度位式控制系統(tǒng)的構(gòu)造與構(gòu)成。2．掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理及其調(diào)試措施。3．理解位式控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)和參數(shù)整定措施。4．分析鍋爐水溫定值控制與位式控制的控制效果有何不一樣之處？二、試驗(yàn)設(shè)備（同前）三、試驗(yàn)原理圖4-1溫度位式控制系統(tǒng) (a)構(gòu)造圖(b)方框圖 本試驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)造圖和方框圖如圖4-1所示。本試驗(yàn)的被控對(duì)象為鍋爐，系統(tǒng)的被控制量為鍋爐內(nèi)的水溫。由于試驗(yàn)中用到的調(diào)整器輸出只有“開”或“關(guān)”兩種極限的工作狀態(tài)，故稱這種控制器為二位式調(diào)整器。溫度變送器把鉑電阻檢測到的鍋爐內(nèi)膽溫度信號(hào)TT轉(zhuǎn)變?yōu)榉答侂妷篤i。它與二位調(diào)整器設(shè)定的上限輸入Vmax和下限輸入Vmin比較，從而決定二位調(diào)整器輸出繼電器是閉合或斷開，即控制接觸器的接通與斷開。圖4-2為位式控制器的工作原理圖。圖中：V0------位式控制器的輸出；Vi------位式控制器的輸入；Vmax-----位式控制器的上限輸入；圖4-2位式控制器的輸入-輸出特性Vmin-----位式控制器的下限輸入。由圖4-2可見，當(dāng)被控制的鍋爐水溫T減小到不不小于設(shè)定下限值時(shí)，即Vi≤Vmin時(shí)，位式調(diào)整器的繼電器閉合，使電熱管接通220V電源進(jìn)行加熱（如圖4-1所示）。伴隨水溫T的升高，Vi也不停增大，當(dāng)增大到不小于設(shè)定上限值時(shí)，即Vi≥Vmax時(shí)，則位式調(diào)整器的繼電器斷電，交流接觸器隨之?dāng)嚅_，切斷電熱絲的供電。由于這種控制方式是斷續(xù)的二位式控制，故只合用于對(duì)控制質(zhì)量規(guī)定不高的場所。位式控制系統(tǒng)的輸出是一種斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程，因此不能用持續(xù)控制作用下的衰減振蕩過程的溫度品質(zhì)指標(biāo)來衡量，而用振幅和周期作為控制品質(zhì)的指標(biāo)。一般規(guī)定振幅小，周期長。然而對(duì)于同一種位式控制系統(tǒng)來說，若要振幅小，則周期必然短；若要周期長，則振幅必然大。因此可通過合理選擇中間區(qū)以使振幅保持在限定范圍內(nèi)，而又盡量獲得較長的周期。四、試驗(yàn)內(nèi)容與環(huán)節(jié)本試驗(yàn)選擇鍋爐內(nèi)水溫作為被控對(duì)象，試驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-5全開，其他閥門關(guān)閉。將變頻器A、B、C三端連接到三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V），打開變頻器電源并手動(dòng)調(diào)整其頻率，給鍋爐內(nèi)貯一定的水量，然后關(guān)閉閥F1-5，打開閥F1-6，為給鍋爐供冷水做好準(zhǔn)備。（一）、智能儀表控制1．將SA-12掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并參照溫度定值控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，給智能儀表上電，打開變頻器電源開關(guān)，給變頻器上電，將變頻器設(shè)置在合適的頻率，變頻器支路開始往復(fù)合水箱打冷卻水。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“THKGK-3型智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)四、溫度位式控制”，進(jìn)入“試驗(yàn)四”的監(jiān)控界面。4．在上位機(jī)監(jiān)控界面中設(shè)置好儀表的設(shè)定值和回差（即DF參數(shù)）。此操作也可通過調(diào)整儀表實(shí)現(xiàn)。5．打開調(diào)壓模塊電源，鍋爐內(nèi)膽的水溫開始上升，觀測上位機(jī)記錄的溫度響應(yīng)曲線。6．待鍋爐內(nèi)膽水溫穩(wěn)定于設(shè)定范圍時(shí)，突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一種正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不適宜過大，一般為設(shè)定值的5％～15%為宜），于是鍋爐內(nèi)膽的水溫便離開原平衡狀態(tài)，通過一段調(diào)整時(shí)間后，水溫穩(wěn)定至新的設(shè)定范圍，水溫的響應(yīng)過程曲線將如圖4-4所示。 圖4-4鍋爐內(nèi)膽水溫階躍響應(yīng)曲線7．適量變化調(diào)整儀的DF參數(shù)（一般不適宜過大，DF＝3～10之間為佳），反復(fù)環(huán)節(jié)6，用計(jì)算機(jī)記錄不一樣DF參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1．將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊”、“SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口1，并參照溫度定值控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊上電。3．打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)十三、溫度位式控制”，進(jìn)入“試驗(yàn)十三”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。（三）、S7-200PLC控制1．將“SA-42S7-200PLC控制”、“SA-12”掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口1，并參照溫度定值控制屏接線圖連接試驗(yàn)系統(tǒng)。2．接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，給變頻器及PLC上電。3．打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“試驗(yàn)四、溫度位式控制”，進(jìn)入“試驗(yàn)四”的監(jiān)控界面。4．如下環(huán)節(jié)請(qǐng)參照前面“（一）智能儀表控制”的環(huán)節(jié)4～7。五、試驗(yàn)匯報(bào)規(guī)定1．畫出鍋爐內(nèi)水溫位式控制試驗(yàn)的構(gòu)造框圖。2．試評(píng)述溫度位式控制的優(yōu)缺陷。3．根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4．綜合分析幾種控制方案的試驗(yàn)效果。六、思索題1．溫度位式控制系統(tǒng)與持續(xù)的PID控制系統(tǒng)有什么區(qū)別？2．本系統(tǒng)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生發(fā)散振蕩？第五章串級(jí)控制系統(tǒng)試驗(yàn)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)概述一、串級(jí)控制系統(tǒng)的概述圖5-1是串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)有主、副兩個(gè)控制回路，主、副調(diào)整器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)整器有自己獨(dú)立的給定值R，它的輸出m1作為副調(diào)整器的給定值，副調(diào)整器的輸出m2控制執(zhí)行器，以變化主參數(shù)C1。圖5-1串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖R-主參數(shù)的給定值；C1-被控的主參數(shù)；C2-副參數(shù)；f1(t)-作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)；f2(t)-作用在副對(duì)象上的擾動(dòng)。二、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)及其副回路對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中簡介，在此將有關(guān)結(jié)論再簡樸歸納一下。1．改善了過程的動(dòng)態(tài)特性；2．能及時(shí)克服進(jìn)入副回路的多種二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力；3．提高了系統(tǒng)的魯棒性；4．具有一定的自適應(yīng)能力。三、主、副調(diào)整器控制規(guī)律的選擇在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)整器所起的作用是不一樣的。主調(diào)整器起定值控制作用，它的控制任務(wù)是使主參數(shù)等于給定值（無余差），故一般宜采用PI或PID調(diào)整器。由于副回路是一種隨動(dòng)系統(tǒng)，它的輸出規(guī)定能迅速、精確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)整器輸出信號(hào)的變化規(guī)律，對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無特殊的規(guī)定，因而副調(diào)整器可采用P或PI調(diào)整器。四、主、副調(diào)整器正、反作用方式的選擇正如單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所述，要使一種過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負(fù)反饋。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)整器的正、反作用方式的選擇原則是使整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)極性是這樣規(guī)定的：當(dāng)測量值增長，調(diào)整器的輸出也增長，則調(diào)整器的放大系數(shù)Kc為負(fù)（即正作用調(diào)整器），反之，Kc為正（即反作用調(diào)整器）；本裝置所用電動(dòng)調(diào)整閥的放大系數(shù)Kv恒為正；當(dāng)過程的輸入增大時(shí)，即調(diào)整器開大，其輸出也增大，則過程的放大系數(shù)K0為正，反之K0為負(fù)。五、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定措施在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)常用的整定措施有如下三種：（一）逐漸迫近法所謂逐漸迫近法，就是在主回路斷開的狀況下，按照單回路的整定措施求取副調(diào)整器的整定參數(shù)，然后將副調(diào)整器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，使主回路閉合，按單回路整定措施求取主調(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(jìn)行整定，求取第二次副調(diào)整器的整定參數(shù)值，然后再整定主調(diào)整器。依此類推，逐漸迫近，直至滿足質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定為止。（二）兩步整定法兩步整定法就是第一步整定副調(diào)整器參數(shù)，第二步整定主調(diào)整器參數(shù)。整定的詳細(xì)環(huán)節(jié)為：1．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%，然后用單回路控制系統(tǒng)的衰減（如4：1）曲線法來整定副回路。記下對(duì)應(yīng)的比例度δ2S和振蕩周期T2S。2．將副調(diào)整器的比例度置于所求得的δ2S值上，且把副回路作為主回路中的一種環(huán)節(jié)，用同樣措施整定主回路，求取主回路的比例度δ1S和振蕩周期T1S。3．根據(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(jì)算主、副調(diào)整器的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間Td的數(shù)值。4．按“先副后主”，“先比例后積分最終微分”的整定程序，設(shè)置主、副調(diào)整器的參數(shù)，再觀測過渡過程曲線，必要時(shí)進(jìn)行合適調(diào)整，直到過程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)到達(dá)滿意為止。（三）一步整定法由于兩步整定法要尋求兩個(gè)4：1的衰減過程，這是一件很花時(shí)間的事。因而對(duì)兩步整定法做了簡化，提出了一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定副調(diào)整器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一種環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定措施整定主調(diào)整器的參數(shù)。詳細(xì)的整定環(huán)節(jié)為：1．在工況穩(wěn)定，系統(tǒng)為純比例作用的狀況下，根據(jù)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或按經(jīng)驗(yàn)選用，并將其設(shè)置在副調(diào)整器上。2．按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定措施來整定主調(diào)整器的參數(shù)。3．變化給定值，觀測被控制量的響應(yīng)曲線。根據(jù)主調(diào)整器放大系數(shù)K1和副調(diào)整器放大系數(shù)K2的匹配原理，合適調(diào)整調(diào)整器的參數(shù)，使主參數(shù)品質(zhì)指標(biāo)最佳。4．假如出現(xiàn)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(shí)間常數(shù)TI，即可得到改善。第二節(jié)雙容（串聯(lián)）液位串級(jí)控制系統(tǒng)一、試驗(yàn)?zāi)康?．通過試驗(yàn)理解水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)構(gòu)成原理。2．掌握水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)整器參數(shù)的整定與投運(yùn)措施。3．理解