双容水箱液位串级控制实验
一、实验目的1．熟悉串级控制系统的结构与特点。
2．掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主变量的影响。
二、实验设备
1．过程控制综合实验装置—DDC控制模块
2．计算机及MCGS组态软件—DDC控制实验_ModBusRTU.MCG
3．实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理图
双容水箱液位串级控制系统的方块原理图如图4.2所示。
图4.2 液位串级控制系统块原理图
四、实验步骤与内容
1．了解实验装置中的对象，流程图如图4.3所示。
图4.3 水箱液位串级控制系统流程图
2．按要求接好实验导线
使用485转232通讯线将控制台侧边DDC通讯口 “COM1” 与上位机连接。
在传感器信号输出区域，将上水箱液位信号LT1用实验线连接到DDC控制模块的AI0信号输入端，将下水箱液位信号LT2用实验线连接到DDC控制模块的AI1信号输入端，正负一一对应。
将DDC控制模块输出信号AO0执行器控制信号输入区的电动调节阀控制信号端口。
3．将手动阀门1V1全开，V3、V4打开80%左右，将手动阀门1V2关闭
4．先打开控制台左侧的总电源开关，按“Start”按钮启动设备，再打开DDC电源开关。
5．运行计算机上的 DDC控制实验_ModBusRTU.MCG工程，选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”，出现如下界面。
图4.4 用户登录界面
9．点击“确认”，用户登录完毕。选择“串级控制实验”下拉菜单中的“双容串级控制实验”。出现如下的“水箱双容串级控制实验”界面。
图4.5上下水箱双容串级控制实验界面
10．点击“参数设置”，出现如下界面。
图4.6 参数设置界面
11．将AI0设置为0 – 30，AI1设置为0-30点击退出，参数设置完毕。
12．调节器参数设置。
Ts=1 （参考值） SV=8 （参考值）
Kc1=4 （参考值） Ti1=80 （参考值） Td1=0 （参考值）
Kc2=5 （参考值） Ti2=100 （参考值） Td2=0 （参考值）
12．选择计算机控制方式, 在控制台上打开水泵、电动调节阀电源。
13．观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
14．待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
15．再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
16．实验结束后，关闭水泵1、电动电动调节阀，拆除试验线。
五、实验建议
调节器的PID参数可以反复凑试，逐步逼近达到最佳的整定，实际中，采用串级调节系统是为了提高主被调量（下水箱）精度和改善动态特性而设置的，因此对副调回路的质量指标没有要求。而对主回路的质量指标要求高。牺牲副回路的质量，保证主回路的调节质量。所以副调节器比例作用强一些，取消积分作用，主调节器设置P、I、D参数即可。
六、实验报告要求
1．写出常规实验报告，画出液位串级控制系统的结构框图。
2．用实验方法整定控制器的相关参数，写出整定过程。
3．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。
4．分析主、副控制器采用不同PID参数时对本实验系统性能的影响。
七、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？