要做的試驗工程是：試驗一單容自衡水箱液位特性測試試驗〔串聯水箱特性的測試試驗試驗四雙容〔串聯〕水箱液位定值掌握系統試驗試驗五雙容〔串聯〕液位串級掌握系統試驗試驗六前饋-反響掌握系統試驗第四章串級掌握系統試驗第一節串級掌握系統概述一、串級掌握系統的概述圖4-1工作，其中主調整器有自己獨立的給定值Rm作為副調整器的給定值，副調整器1的輸出m掌握執行器，以轉變主參數C2 14-1串級掌握系統方框圖R-主參數的給定值； C-被控的主參數； C-副參數；1 2f1(t)-作用在主對象上的擾動；f2(t)-作用在副對象上的擾動。二、串級掌握系統的特點串級掌握系統及其副回路對系統掌握質量的影響已在有關課程中介紹再簡潔歸納一下。改善了過程的動態特性；能準時抑制進入副回路的各種二次擾動，提高了系統抗擾動力量；提高了系統的魯棒性；具有肯定的自適應力量。三、主、副調整器掌握規律的選擇〔無余差PI或PID數的動態性能和余差無特別的要求，因而副調整器可承受PPI四、主、副調整器正、反作用方式的選擇成負反響系統，即其主通道各環節放大系數極性乘積必需為正值。放大系數K為負〔即正作用調整器K為正〔即反作用調整器；本裝置所用電動調c c節閥的放大系數K恒為正；當過程的輸入增大時，即調整器開大，其輸出也增大，則過程v的放大系數K為正，反之K為負。0 0五、串級掌握系統的整定方法在工程實踐中，串級掌握系統常用的整定方法有以下三種：〔一〕逐步靠近法求取主調整器的整定參數。而后，將主調整器參數設在所求得的數值上，再進展整定指標要求為止。〔二〕兩步整定法兩步整定法就是第一步整定副調整器參數，其次步整定主調整器參數。整定的具體步驟為：在工況穩定，主回路閉合，主、副調整器都在純比例作用條件下，主調整器的比例度置于100%，然后用單回路掌握系統的衰減〔如4：1〕曲線法來整定副回路。登記相應的比例度δ 和振蕩周期T。2S 2S將副調整器的比例度置于所求得的δ

值上，且把副回路作為主回路中的一個環節，2S用同樣方法整定主回路，求取主回路的比例度δ

和振蕩周期T。1S 1S依據求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值，按單回路系統衰減曲線法整定公式計算主、副調整器的比例度δ、積分時間TI和微分時間Td的數值。按“先副后主再觀看過渡過程曲線，必要時進展適當調整，直到過程的動態品質到達滿足為止。〔三〕一步整定法4：1然后將副回路作為主回路的一個環節數。具體的整定步驟為：K02/δ2＝0.5這一關系式，通過副過程放大系數K02，求取副調整器的比例放大系數δ2或按閱歷選取，并將其設置在副調整器上。依據單回路掌握系統的任一種參數整定方法來整定主調整器的參數。K1和副調整器放大K2的匹配原理，適當調整調整器的參數，使主參數品質指標最正確。假設消滅較大的振蕩現象，只要加大主調整器的比例度δ或增大積分時間常數TI，即可得到改善。其次節水箱液位串級掌握系統一、試驗目的通過試驗了解水箱液位串級掌握系統組成原理。把握水箱液位串級掌握系統調整器參數的整定與投運方法。了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統主掌握量的影響。把握液位串級掌握系統承受不同掌握方案的實現過程。二、試驗設備試驗對象及掌握屏、SA-11掛件一個、SA-12掛件兩個、計算機一臺、萬用表一個；RS485/232SA-22SA-23三、試驗原理下的無靜差掌握，系統的主調整器應為PI或PID掌握。由于副控回路的輸出要求能快速、副調整器可承受P4-24-2水箱液位串級掌握系統構造圖 (b)方框圖四、試驗內容與步驟本試驗選擇中水箱和下水箱串聯作為被控對象〔也可選擇上水箱和中水箱。試驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-7全開，將中水箱出水閥門F1-10開至適當40～90F1-1130～80%要求閥F1-10稍大于閥F1-1，其余閥門均關閉。智能儀表掌握SA-12RS-485RS-485RS-485/232COM1，并依據下面的掌握屏接線圖連接試驗系統。將LT3下水箱變送器輸出“1～5V”對應接至智能調整儀Ⅰ的“1，2LT20.2～1V”對應接至智能調整儀Ⅱ的“3，2”兩端。4-3智能儀表掌握“水箱液位串級掌握”試驗接線圖接通總電源空氣開關和鑰匙開關，翻開24V開關電源，給液位變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關，給電動調整閥及智能儀表1參數設置智能儀表Ⅰ參數設置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能調整儀Ⅱ參數設置：Sn=32DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=8Addr=2，智能調整儀參數設置請參考智能調整儀使用手冊。THJ-3VIE進入組態王運行環境，在主菜單中點擊“試驗九、水箱液位串級掌握系統界面。表實現。合上三相電源空氣開關，磁力驅動泵上電打水，適當增加/削減主調整器的輸出量，使下水箱的液位平衡于設定值，且中水箱液位也穩定于某一值〔此值一般為3～5cm，以免超調過大，水箱斷流或溢流。按本章第一節中任一種整定方法整定調整器參數，并按整定得到的參數進展調整器設定。待液位穩定于給定值時，將調整器切換到“自動”狀態，待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：突增〔或突減〕儀表設定值的大小，使其有一個正〔或負〕階躍增量的變化；翻開閥門F2-F2-〔或F2-打水〔干擾作用在主對象或副對象；將“閥F1-F1-1”開至適當開度〔轉變負載；將電動調整閥的旁路閥F1-4〔電磁閥上電〕開至適當開度。以上幾種干擾均要求擾動量為掌握量的5％～15％，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統不穩定。參加干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態，經過一段調整時間后〔后面三種干擾方法仍穩定在原設定值輸出值和儀表參數，下水箱液位的響應過程曲線將如圖4-44-4下水箱液位階躍響應曲線PID參數，重復步驟8，用計算機記錄不同參數時系統的響應曲線。五、試驗報告要求畫出水箱液位串級掌握系統的構造框圖。用試驗方法確定調整器的相關參數，并寫出整定過程。依據擾動分別作用于主、副對象時系統輸出的響應曲線，分析系統在階躍擾動作用下的靜、動態性能。分析主、副調整器承受不同PID參數時對系統性能產生的影響。6．綜合分析兩種掌握方案的試驗效果。六、思考題試述串級掌握系統為什么對主擾動〔二次擾動〕具有很強的抗擾力量？假設副對象么？當一次擾動作用于主對象時，試問由于副回路的存在，系統的動態性能比單回路系統的動態性能有何改進？串級掌握系統投運前需要作好那些預備工作？主、副調整器的正反作用方向如何確定？為什么本試驗中的副調整器為比例〔P〕調整器？轉變副調整器的比例度，對串級掌握系統的動態和抗擾動性能有何影響，試從理論上賜予說明。評述串級掌握系統比單回路掌握系統的掌握質量高的緣由？動發生的瞬時，而不是在被掌握量發生變化后進展的，故稱其為前饋掌握或擾動補償。動對被掌握量所產生的影響均由負反響系統來消退。這樣就能使系統的動態誤差大大減小，從而提高系統的掌握質量。第一節下水箱液位前饋-反響掌握系統一、試驗目的通過本試驗進一步了解液位前饋-反響掌握系統的構造與原理。把握前饋補償器的設計與調試方法。把握前饋-反響掌握系統參數的整定與投運方法。二、試驗設備試驗對象及掌握屏、SA-11SA-12SA-14臺、萬用表一個；RS485/232SA-44PC/PPI三、試驗原理本試驗的被掌握量為下水箱的液位h，主擾動量為變頻器支路的流量。本試驗要求下水LT36-16-1下水箱液位前饋-反響掌握系統構造圖 (b)方框圖由圖可知，擾動F〔s〕得到全補償的條件為F(s)G(s)+F(s)G(s)G(s)=0f F 0G(s)G(s)=- f (6-1)F G(s)0為前饋掌握已起到了應有的作用。為使補償器簡潔起見，G(s)用比例器來實現，如圖其值F按本章式(6-1)來計算。K的整定方法F〔一〕開環整定法影響的一種整定法。整定時，K由小到大調整，觀看前饋補償的作用，直至被控參數回到給FK，實際上K值符F F合下式關系，即KK＝ f (6-2)F K0式中：Kf、K0分別為擾動通道、掌握通道的靜態放大系數。開環整定法適用于在系統中其他擾動不占主要地位的場合，不然有較大偏差。〔二〕前饋-反響整定法6-2前饋-反響系統參數整定方框圖在圖6-2所示系統反響回路整定好的根底上，先合上開關K，使系統為前饋-反響掌握系統，然后由小到大調整K值，可得到在擾動f〔t〕6-3F線，其中圖6-3〔b〕所示的曲線補償效果最好。欠補償 (b)補償適宜 (c)過補償圖6-3前饋-反響系統KF的整定過程〔三〕利用反響系統整定KF待“圖6-2”所示系統運行正常后，翻開開關K，則系統成為反響掌握。待系統穩定運行，并使被控參數等于給定值時，記錄相應的擾動量F和調整器輸出0u0人為轉變前饋擾動，使F變為F，待系統進入穩態，且被控參數等于給定值時，記0 1錄此時調整器的輸出值u。1按下式計算K值Fu uK=1 0 (6-3)F FF1 0四、試驗內容與步驟F1-1、F1-7、F2-1、F2-5F1-10(40%～80%)、F1-11至適當開度(30%～70%閥F1-10>F1-11)，其余閥門都關閉。〔一、智能儀表掌握將SA-11SA-12SA-14SA-12RS-485通訊口上，將掌握屏右側RS-485通訊線通過RS-485/2321，并依據下面的掌握屏接線圖連接試驗系統。儀表掌握“下水箱液位前饋-反響掌握”試驗接線圖接通總電源空氣開關和鑰匙開關，翻開24V開關電源，給液位變送器及渦輪番量計上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關，給電動調整閥及智能儀表上電。智能儀表Ⅰ參數設置：Sn=33DIP=1dIL=0dIH=50oPL=0oPH=100CF=0Addr=1，智能調整儀參數設置請參考智能調整儀使用手冊。THJ-3VIE進入組態王運行環境，在主菜單中點擊“試驗十九、下水箱液位前饋反響掌握系統試驗監控界面。在上位機監控界面中將智能儀表設置為“手動”輸出，并將輸出值設置為一個適宜的值，此操作也可通過調整儀表實現。合上三相電源空氣開關，磁力驅動泵上電打水，適當增加/削減智能儀表的輸出量，使下水箱的液位平衡于設定值。按單回路的整定方法整定調整器參數，并按整定得到的參數進展調整器設定。按前面靜態放大系數的整定方法整定前饋放大系數KF比值器輸入輸出電壓之比即可。待液位穩定到給定值時，將調整器切換到“自動”狀態，待液位平衡后，翻開閥門F