实验名称串级控制系统实验实验地点实验楼804实验时间2012-51. 实验目的：（1） .通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理2） .掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法3） . 了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响4） .掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程2. 实验设备：（1） . THPCAT-2型现场总线过程控制对象系统实验装置；（2） . AT-I智能调节仪表挂件、RS485/232转换器及RS485通讯线；（3） . PC 机3. 实验原理：图3-1是串级控制系统的方框图，该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其 中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m/作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行 器，以改变主参数q图3-1串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C「被控的主参数； C2-副参数;f1 （t）-作用在主对象上的扰动；f2 （t）-作用在副对象上的扰动本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成主控回路中的调节器称主 调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量副控回路中的调节器称副调节器，控 制对象为上水箱，又称副对象，上水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给 定，因而副控回路是一个随动控制系统副调节器的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱 液位的目的为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID 控制由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态 性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器系统流程结构图如下图所示:图3-2系统流程结构图系统的结构框图：4. 实验内容及步骤：（1） .按系统流程结构图连接实验系统,打开对象相应的水路（打开阀F1-1、F1-2、F1-7,将阀F1-10、F1-11开至适当开度（一般要求阀F1-10的开度稍大于阀F1-11的开度），其余阀门均关闭）2） .合上DCS控制柜电源，启动服务器和主控单元3） .在工程师站的组态中选择“THJ-3'工程进行编译下装4） .启动操作员站，选择运行界面中的实验12，进入实验十二流程图5） .合上对象总电源，并合上三相电源、单相、24V电源开关，开始实验6） .在流程图的各液位测量值上点击左键，弹出主控和副控PID窗口，按经验数据预先设置好副 调节器的比例度，副调节器设置为串级状态。
7） .主调节器设置为手动状态，并选择PI或PID控制规律，根据经验法设定PID三个参数值，或 者根据任一种整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器的参数设定8) .手动操作主调节器的输出，以控制电动调节阀支路给中水箱送水的大小，等中水箱的液位相对稳定，且下水箱的液位趋于给定值时，把主调节器切换为自动9) .当系统稳定运行后，突加阶跃扰动(将给定量增/减5%〜15%)，观察系统的输出响应曲线10) .启动变频器-磁力泵支路，适量打开阀F2-4，观察阶跃扰动作用于副对象(中水箱)时，系统 被控制量(下水箱液位)的响应过程11) .将阀F2-4关闭，去除副对象的阶跃扰动，且待系统再次稳定后，再适量打开阀F2-5,观察阶 跃扰动作用于主对象时对系统被控制量的影响12) .通过反复对主、副调节器参数的调节，使系统具有较满意的动、静态性能13) .在实验中可点击窗口中的“趋势”下拉菜单中的“综合趋势”，可查看相应的实验曲线5. 实验结果及分析:系统参数的整定过程：主调节器参数设置:副调节器参数设置:初始给定:PID [PID08] I 又,PID [PID09] lX|□ I主调苹游I s F 0 I自动|手动I「I ■! II ^^1EF |』0 |1. OB 二11整定| * |100. 00口 |副调节器S P 0 自动手动_J _J整定| »系统响应曲线:中水箱液位下水箱液位0102系统达到稳定状态LT2LT3选择点时间1日：口己：套~显示方式&曲线广-时间设置 就绪 | 工程师级~Mo HolIvSvs MAC SV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、动态性能增加阶跃扰动:PID [PID09]X二| |副调节器分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响6. 实验总结：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？（3）.串级控制系统投运前需要作好那些准备工作？主、副调节器的正反作用方向如何确定?（4）.为什么本实验中的副调节器为比例（P）调节器?|（5）.改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上给予说 明。
6）.评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因?1. 实验名称、实验目的、实验设备、实验原理及内容由教师确定，实验前学生填好；2. 实验步骤、实验结果及分析由学生记录实验的过程，包括操作过程、实验结果、遇到哪些问题以及如何解决等；3. 实验总结由学生在实验后填写，总结本次实验的收获、未解决的问题以及体会和建议等。