实验5 串-单质量对比

1、过程控制工程实验实验五 串级-单回路控制质量对比 实验目的实验目的：对整定好的控制系统的质量进行验证，在设备的相同位置施加相同幅度的外部干扰（相当于生产中的某些工艺因素发生了变化），在串级控制系统和单回路控制系统的控制器参数都已经调整到比较好的情况下，考察其各自的控制质量，即克服外部干扰的能力和效果，主要比较干扰发生在下水箱时的情况实验设备：A3000过程控制实验装置中的二级水箱系统，PC机及工业组态软件 质量比较方案 外部扰动测试控制器参数整定过程是通过改变系统给定值（系统内部干扰），按照随动系统整定；而实际中，自控系统主要是为克服外部干扰，作为定值系统工作的，其系统的波动情况并不一样。为了

2、更客观、更真实地评价系统质量，最好能对外部干扰进行测试验证外部干扰测试，应采用可测量又方便调整的非控制量作为扰动输入。在液位系统中，能影响液位的除了控制流量外，另一路由变频器调整的流量可作为扰动，其值也可计量。测试时，应使用手动信号发生器，或控制器的“手动”输出来施加干扰信号通过改变手动阀QV108、QV106的开闭，选择扰动流量分别加在中或下水箱中，即更靠近控制阀侧，或更靠近系统测量端。对串级控制系统来说，就是让干扰落在副回路还是落在主回路内每个回路内的干扰至少一增一减，往返两次扰动。每次测试都要等待系统完全稳定后再进行下一次。扰动的幅度可取 510%若系统的过渡过程不能满足质量要求，可对主

3、PID参数再次稍作调整直至合适 外部扰动测试变频器控制扰动的幅度QV106、QV108手动阀的开度，决定了扰动作用于系统的位置 实验方法首先考察串级控制系统克服干扰的能力连线构成串级控制系统，检查阀门、插板阀；仪表加电。因为以变频器作为施加干扰的装置，所以需增加一对从AO0到变频器的连线；运行软件，控制器转入手动，手动操作控制阀开度为40%左右，启动水泵，同时启动变频器（接通变频器电源，然后接通变频器启动开关），还要打开1#电磁阀电源，开启手动阀QV106，让变频器的供水进入下水箱，此时因下水箱的进水量增大，所以要适度提高下水箱出口闸板，以尽量确保两个液位都稳定在各自水箱的中部。变频器的输入启

4、动时应在50%以上，运行一会再下降到2030%左右，待液位达到稳定； 实验方法按上次实验投运的步骤先副后主的顺序投运，按照上次串级控制整定获得的理想控制器参数来设置主、副控制器的参数，调整两个控制器的给定值=测量值，以消除偏差，将副、主控制器分别投入自动；适当调整设定值，使液位达到合适的高度；外部扰动测试：改变变频器的输入信号，使其转速变化5%左右，干扰量直接作用于下水箱，即落在主回路中。待液位稳定后，再改变变频器反向变化5%，观察干扰在主回路时的控制过程；关闭QV106，打开QV108，重复上述25步，观察干扰在副回路时的控制过程。 实验方法然后考察单回路控制系统克服干扰的能力回忆单回路控制

5、的结构，即直接使用主控制器完成控制任务。此时无需重新进行单回路系统的重构和组态，只需把连接到副控制器设定值的那对连线，直接连接到控制阀上，完成由“串级”向“主控”的切换。该过程需要同组同学默契配合，减少系统“失控”的时间。在换线过程需做好以下工作：首先系统是稳定的，记录副控制器的当前输出值。将副控制器切换到手动状态，并立刻调整其手操值等于刚才的输出值；将主控制器也切至手动，调整主控制器的手动输出（MV1）等于副控制器当前输出值(MV2) ； 实验方法判断主控制器的正反作用，以保证系统运行后仍保持负反馈控制；拔下副控制器连接到控制阀的连线，立刻将主控制器的输出线插上，接管副控制器对调节阀的控制；

6、然后将主控制器投入自动，将单回路控制器整定好的PI参数放置好；注意： 操作时要做到准确、细致待系统稳定，按照刚才串级系统加扰动的方法，让干扰分别落在下水箱和中水箱进行测试，观察记录其控制过程。 串级控制系统的连线准备 串级控制系统的连线准备实验过程中使用的两控制器，左侧控制器为主控制器，其输入端连接到下液位变送器，输出端接到右侧副控制器的设定值输入端口；右侧控制器为副控制器，其输入端连接到中液位变送器，输出端接到控制阀的输入端口右侧的副控制器只接受外部的模拟信号作为设定输入为施加外部干扰，需另增加一对从AO0到变频器U101输入的连线，用于控制变频器数值 串级控制系统外扰测试同上次实验操作，首

7、先检查管路、阀门（闸板的高度），设备加电；进行控制系统信号连线，构建一个下液位为主参数，中水位为副参数，1#控制器为主控制器，2#控制器为副控制器，以调节阀为执行环节的串级控制系统；启动实验软件，置主、副控制器皆为手动状态；先调整副控制器的手动输出为50-60%，启动水泵2；待系统达到平稳，希望各水箱水位大致稳在水箱中部，其间不要频繁调整阀的开度； 控制系统投自动前，务必要确认控制系统闭环后一定是负反馈的，即控制作用是消弱而不是增强干扰作用的影响。根据调节回路中各环节作用关系、控制阀的开闭方向来判定、确定主、副控制器的正、反作用（可通过对智能控制器的set键PID cont ract/act检

8、查和设置）； 串级控制系统外扰测试启动变频器：接通变频器电源，然后开启变频器启动开关，还要打开1#电磁阀，并检查手动阀开闭是否正确，确保流量能流入指定的水箱；操作变频器输入，置于较低的数值上（例如在20%左右）。待系统稳定后，检查控制器是否自动，且其参数皆为已整定好的，然后改变变频器数值510%；待系统稳定后，再向反向变化一次，综合两次控制过程决定控制器参数是否需要调整；改变QV106、QV108两手动阀的开闭，关闭进入当前水箱的流路，开启进入另一水箱的流路。待系统稳定后，重复刚才的测试步骤，改变变频器的输入，施加干扰两次；记录两个位置在干扰作用下的控制过渡过程曲线，并与单回路控制情况进行对比

9、。 单回路控制系统的信号连线 单回路控制系统外扰测试改变控制系统连线，构成单回路控制系统，做好系统运行的准备；在改变调节量的同时，也要稳定运行管路1流量；启动变频器：接通变频器电源，开启变频器开关，打开1#电磁阀；检查手动阀开闭状态是否正确，以确保水流能进入指定水箱；将变频器置于较低的数值上（如20%），有的装置可能要放在3040%；待下水箱的液位达到稳定，调整设定值等于测量值，设置控制器参数为安全值：P=100，I=30，在系统无偏差的情况下，将控制器切换到自动；注意：若因软件原因使设定值在切换过程中发生跳变，切至自动后立即将其调回 单回路控制系统外扰测试放置上次实验调整好的PI参数；加干扰测试，在一个水箱里干扰上、下变化各一次。若系统的过渡过程发生变化，可适当调整PI参数；改变QV108、QV106两手动阀的开闭状态，切换流水进入另一水箱。待系统稳定后，重复刚才的测试步骤，干扰升、降各一次；记录两个位置在干扰作用下的控制过渡过程曲线，并与单回路控制情况进行对比。 实验报告要求根据实验结果，进行认真总结和分析，写出实验报告思考题：试分析串级系统比单回路控制系统质量高的原因。将串级控制器从“