雙容水箱液位串級控制實驗
一、實驗目的1．熟悉串級控制系統(tǒng)的結構與特點。
2．掌握串級控制系統(tǒng)的投運與參數整定方法。
3．了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主變量的影響。
二、實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、實驗原理圖
雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)的方塊原理圖如圖4.2所示。
圖4.2 液位串級控制系統(tǒng)塊原理圖
四、實驗步驟與內容
1．了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖4.3所示。
圖4.3 水箱液位串級控制系統(tǒng)流程圖
2．按要求接好實驗導線
使用485轉232通訊線將控制臺側邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將上水箱液位信號LT1用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，將下水箱液位信號LT2用實驗線連接到DDC控制模塊的AI1信號輸入端，正負一一對應。
將DDC控制模塊輸出信號AO0執(zhí)行器控制信號輸入區(qū)的電動調節(jié)閥控制信號端口。
3．將手動閥門1V1全開，V3、V4打開80%左右，將手動閥門1V2關閉
4．先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開DDC電源開關。
5．運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.4 用戶登錄界面
9．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“串級控制實驗”下拉菜單中的“雙容串級控制實驗”。出現(xiàn)如下的“水箱雙容串級控制實驗”界面。
圖4.5上下水箱雙容串級控制實驗界面
10．點擊“參數設置”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.6 參數設置界面
11．將AI0設置為0 – 30，AI1設置為0-30點擊退出，參數設置完畢。
12．調節(jié)器參數設置。
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．選擇計算機控制方式, 在控制臺上打開水泵、電動調節(jié)閥電源。
13．觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。
14．待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。
15．再等系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)加個干擾信號，觀察液位變化曲線。
16．實驗結束后，關閉水泵1、電動電動調節(jié)閥，拆除試驗線。
五、實驗建議
調節(jié)器的PID參數可以反復湊試，逐步逼近達到最佳的整定，實際中，采用串級調節(jié)系統(tǒng)是為了提高主被調量（下水箱）精度和改善動態(tài)特性而設置的，因此對副調回路的質量指標沒有要求。而對主回路的質量指標要求高。犧牲副回路的質量，保證主回路的調節(jié)質量。所以副調節(jié)器比例作用強一些，取消積分作用，主調節(jié)器設置P、I、D參數即可。
六、實驗報告要求
1．寫出常規(guī)實驗報告，畫出液位串級控制系統(tǒng)的結構框圖。
2．用實驗方法整定控制器的相關參數，寫出整定過程。
3．根據擾動分別作用于主、副對象時系統(tǒng)輸出的響應曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數時對本實驗系統(tǒng)性能的影響。
七、思考題
1．試述串級控制系統(tǒng)為什么對主擾動（二次擾動）具有很強的抗擾能力？如果副對象的時間常數與主對象的時間常數大小接近時，二次擾動對主控制量的影響是否仍很小，為什么？
2．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？