实验六、双容水箱液位串级PID剖笛.pdf

实验指导书 实验六、双容水箱液位串级PID 控制实验 一、实验目的 1、进一步熟悉 PID 调节规律 2 、学习串级 PID 控制系统的组成和原理 3、学习串级 PID 控制系统投运和参数整定 二、实验设备 1、 四水箱实验系统DDC 实验软件 2 、PC 机（Window 2000 Professional 操作系统） 三、实验原理 1、 控制系统的组成及原理 一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为 “串级”控制器。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定 值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。本实验 系统的双容水箱串级控制系统如下图所示： 干扰 干扰 设定r1 e1 r2 e2 y2 y1 × PID控制器1 × PID控制器2 上水箱 下水箱 ＋ ＋ - - ym2 测量电路2 ym1 测量电路1 双容水箱串级控制系统框图 串级控制器术语说明： 主变量：y1称主变量。使它保持平稳使控制的主要目的； 副变量：y2称副变量。它是被控制过程中引出的中间变量； 副对象：上水箱； 主对象：下水箱； 主控制器：PID 控制器 1，它接受的是主变量的偏差 e1，其输出是去改变副控制器的设定 - 1 - 实验指导书 值； 副控制器：PID 控制器 2，它接受的是副变量的偏差 e2，其输出去控制阀门； 副回路：处于串级控制系统内部的，由 PID 控制器 2 和上水箱组成的回路； 主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出 r2为输入，以副变量 y2 为输出的等效环节， 则串级系统转化为一个单回路，即主回路。 串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的 过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。但是串级控制系统和单 回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具 有一系列的特点。串级控制系统的主要优点有： 1） 副回路的干扰抑制作用 发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正； 2） 主回路响应速度的改善 副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相 应速度； 3） 鲁棒性的增强 串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性； 4） 副回路控制的作用 副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制。 由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。 2 、 串级 PID 控制系统投运 串级控制系统和简单控制系统的投运要求一样，必须保证无扰动切换，采用先副回路 后主回路的投运方式。这里以我们的串级控制系统为例，给出具体的操作步骤： A. 将主、副控制器的切换开关都置于手动位置，副回路处于内给定 B. 用副控制器的输出控制阀门，使主变量接近设定值，当工况比较平稳时，将副控制器 设成自动——无扰动切换，因为手动状态时副控制器的设定值跟踪副变量。 C. 手动设定主控制器的输出值等于副控制器的设定值，当工况比较平稳时，将主控制器 设置成自动——无扰动切换，因为手动状态时副控制器的设定值跟踪副变量 D. 串级两个控制器