《过程控制系统设计》 课程设计报告 姓 名:

学 号: XXXXXX 班 级: XXXXXXXX 指导老师: 设计时间:2014年 1月 11日 ~1月 15日

第一部分 双容水箱液位串级 PID 控制实物实验 时间:同组人: 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、 实验原理(画出 “ 系统方框图 ” 和 “ 设备连接图 ”

1、 实验设备:四水箱实验系统 DDC 实验软件、四水箱实验系统 DDC 实验软件

2、 原理说明: 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。 本仿真系统的 双容水箱串级控制系统如下图 1所示:

图 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 主对象:下水箱;副对象:上水箱

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

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。

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 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。

结合实际工艺流程图(图 2所示,可以清楚的理解串级控制的设备连接。

图 2 串级双容水箱设备连接图 3、 串级 PID 控制系统投运