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过程控制系统双容水箱液位串级控制实验

时间:2024-10-04 10:59:54

双容水箱液位串级控制实验
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整定方法。
3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主变量的影响。
二、实验设备
1.过程控制综合实验装置—DDC控制模块
2.计算机及MCGS组态软件—DDC控制实验_ModBusRTU.MCG
3.实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理图
双容水箱液位串级控制系统的方块原理图如图1.2所示。

图1.2 液位串级控制系统块原理图
四、实验步骤与内容
1.了解实验装置中的对象,流程图如图1.3所示。
图1.3 水箱液位串级控制系统流程图
2.按要求接好实验导线
使用485转232通讯线将控制台侧边DDC通讯口 “COM1” 与上位机连接。
在传感器信号输出区域,将上水箱液位信号LT1用实验线连接到DDC控制模块的AI0信号输入端,将下水箱液位信号LT2用实验线连接到DDC控制模块的AI1信号输入端,正负一一对应。
将DDC控制模块输出信号AO0执行器控制信号输入区的电动调节阀控制信号端口。
3.将手动阀门1V1全开,V3、V4打开80%左右,将手动阀门1V2关闭
4.先打开控制台左侧的总电源开关,按“Start”按钮启动设备,再打开DDC电源开关。
5.运行计算机上的 DDC控制实验_ModBusRTU.MCG工程,选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”,出现如下界面。
用户登录界面
图1.4 用户登录界面
9.点击“确认”,用户登录完毕。选择“串级控制实验”下拉菜单中的“双容串级控制实验”。出现如下的“水箱双容串级控制实验”界面。
上下水箱双容串级控制实验界面
图1.5上下水箱双容串级控制实验界面
10.点击“参数设置”,出现如下界面。
参数设置界面
图1.6 参数设置界面
11.将AI0设置为0 – 30,AI1设置为0-30点击退出,参数设置完毕。
12.调节器参数设置。
    Ts=1   (参考值)   SV=8  (参考值)
    Kc1=4  (参考值)   Ti1=80 (参考值)    Td1=0   (参考值)     
Kc2=5  (参考值)   Ti2=100 (参考值)     Td2=0   (参考值)
12.选择计算机控制方式, 在控制台上打开水泵、电动调节阀电源。
13.观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
14.待系统稳定后,给定加个阶跃信号,观察其液位变化曲线。          
15.再等系统稳定后,给系统加个干扰信号,观察液位变化曲线。
16.实验结束后,关闭水泵1、电动电动调节阀,拆除试验线。
五、实验建议
    调节器的PID参数可以反复凑试,逐步逼近达到最佳的整定,实际中,采用串级调节系统是为了提高主被调量(下水箱)精度和改善动态特性而设置的,因此对副调回路的质量指标没有要求。而对主回路的质量指标要求高。牺牲副回路的质量,保证主回路的调节质量。所以副调节器比例作用强一些,取消积分作用,主调节器设置P、I、D参数即可。
六、实验报告要求                                  
1.写出常规实验报告,画出液位串级控制系统的结构框图。
2.用实验方法整定控制器的相关参数,写出整定过程。
3.根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4.分析主、副控制器采用不同PID参数时对本实验系统性能的影响。
七、思考题
1.试述串级控制系统为什么对主扰动(二次扰动)具有很强的抗扰能力?如果副对象的时间常数与主对象的时间常数大小接近时,二次扰动对主控制量的影响是否仍很小,为什么?
2.当一次扰动作用于主对象时,试问由于副回路的存在,系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进?