【正文】 調(diào)節(jié)控制實驗的基礎(chǔ)上，加上積分作用“I”，即把“I”（積分）設(shè)置為一參數(shù)，根據(jù)不同的情況，設(shè)置不同的大小。觀察被控制量能否回到原設(shè)定值的位置，以驗證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下，系統(tǒng)的階躍擾動無余差產(chǎn)生。 2) 固定比例P值（中等大?。?，然后改變調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)TI值，觀察加入階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形和響應(yīng)時間的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改變比例度δ的大小，觀察加階躍擾動后被調(diào)量的動態(tài)波形和響應(yīng)時間的快慢。分析比例度δ和TI值改變時，各給系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生什么影響。六、思考題消除系統(tǒng)的余差為什么采用PI調(diào)節(jié)器，而不采用純積分器？在溫度控制系統(tǒng)中，為什么用PD和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制有明顯地改善？如果鍋爐內(nèi)膽不采用循環(huán)水，那么鍋爐夾套的溫度控制效果會怎樣？第八節(jié) 電動閥支路流量的定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康牧私鈫伍]環(huán)流量定值控制系統(tǒng)的組成。應(yīng)用階躍響應(yīng)曲線法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。研究調(diào)節(jié)器中相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗設(shè)備THJ2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根萬用表 1只三、實驗原理圖319 單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖319為單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)的被控對象為管道，流經(jīng)管道中的液體流量Q作為被控制量?；谙到y(tǒng)的控制任務(wù)是維持被控制量恒定不變，即在穩(wěn)態(tài)時，它總等于給定值。因此需把流量Q經(jīng)檢測變送后的信號作為系統(tǒng)的反饋量，并采用PI調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)的控制方框圖見圖320?；诒豢貙ο笫且粋€時間常數(shù)較小的慣性環(huán)節(jié)，故本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)宜用階躍響應(yīng)曲線法確定。圖320單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的方框圖四、實驗內(nèi)容與步驟按圖319要求，完成實驗系統(tǒng)的接線。接通總電源和相關(guān)儀表的電源。按經(jīng)驗數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置好副調(diào)節(jié)器的比例度。打開閥F1F1F18。根據(jù)用階躍響應(yīng)曲線法求得的K、T和τ，查本章中的表四確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和周期Ti。設(shè)置流量的給定值后，手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，通過電動調(diào)節(jié)閥支路給下水箱打水。等流量Q趨于給定值且不變后，把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。打開計算機，運行MCGS組態(tài)軟件，并進行如下的實驗：當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%～15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。用計算機記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。五、實驗報告用實驗方法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。作出比例P控制時，不同δ值下的階躍響應(yīng)曲線，并記下它們的余差ess。比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1) 在比例調(diào)節(jié)控制實驗的基礎(chǔ)上，加上積分作用“I”，即把“I”（積分）設(shè)置為一參數(shù)，根據(jù)不同的情況，設(shè)置不同的大小。觀察被控制量能否回到原設(shè)定值的位置，以驗證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下，系統(tǒng)的階躍擾動無余差產(chǎn)生。 2) 固定比例P值（中等大?。?，然后改變調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)TI值，觀察加入階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形和響應(yīng)時間的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改變比例度δ的大小，觀察加階躍擾動后被調(diào)量的動態(tài)波形和響應(yīng)時間的快慢。分析δ和TI值改變時，各給系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生什么影響。六、思考題消除系統(tǒng)的余差為什么采用PI調(diào)節(jié)器，而不采用純積分器？為什么本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定要用階躍響應(yīng)曲線法，而不用臨界比例度法和阻尼振蕩法？第九節(jié) 變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康牧私鈫伍]環(huán)流量定值控制系統(tǒng)的組成。了解渦輪流量計的結(jié)構(gòu)及其使用方法。應(yīng)用階躍響應(yīng)曲線法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。研究調(diào)節(jié)器中相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗設(shè)備THJ2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根萬用表 1只三、實驗原理圖321變頻調(diào)速支路流量定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖321為變頻調(diào)速支路流量定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)的被控對象為變頻器磁力泵支路管道，流經(jīng)管道中的液體流量Q作為被控制量。基于系統(tǒng)的控制任務(wù)是維持被控制量恒定不變，即在穩(wěn)態(tài)時，它總等于給定值。因此需把流量Q經(jīng)檢測變送后的信號作為系統(tǒng)的反饋量，并采用PI調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)的控制方框圖見圖322。基于被控對象是一個時間常數(shù)較小的慣性環(huán)節(jié)，故本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定宜用階躍響應(yīng)曲線法求得的K、T和τ，然后由本章表四的經(jīng)驗公式確定參數(shù)。圖322 單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的方框圖五、實驗內(nèi)容與步驟按圖321要求，完成實驗系統(tǒng)的接線。接通總電源和相關(guān)儀表的電源。按經(jīng)驗數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)置好副調(diào)節(jié)器的比例度。打開閥F2F25。設(shè)置流量的給定值后，用手操作調(diào)節(jié)器的輸出，使變頻器磁力泵給下水箱打水。等流量Q趨于給定值且不變后，把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。用階躍響應(yīng)曲線法求得K、T和τ，然后根據(jù)本章表四確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和周期Ti。打開計算機，運行MCGS組態(tài)軟件，并進行如下的實驗：當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%～15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。用計算機記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。五、實驗報告用實驗方法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。作出比例P控制時，不同δ值下的階躍響應(yīng)曲線，并記下它們的余差ess。比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1) 在比例調(diào)節(jié)控制實驗的基礎(chǔ)上，加上積分作用“I”，即把“I”（積分）設(shè)置為一參數(shù)，根據(jù)不同的情況，設(shè)置不同的大小。觀察被控制量能否回到原設(shè)定值的位置，以驗證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下，系統(tǒng)的階躍擾動無余差產(chǎn)生。 2) 固定比例P值（中等大小），然后改變調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)TI值，觀察加入階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形和響應(yīng)時間的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改變比例度δ的大小，觀察加階躍擾動后被調(diào)量的動態(tài)波形和響應(yīng)時間的快慢。分析δ和TI值改變時，各給系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生什么影響。六、思考題消除系統(tǒng)的余差為什么采用PI調(diào)節(jié)器，而不采用純積分器？為什么本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定要用階躍響應(yīng)曲線法，而不用臨界比例度法和阻尼振蕩法？第四章 溫度位式控制系統(tǒng)實驗第一節(jié) 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康牧私馕皇綔囟瓤刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理及其調(diào)試方法。二、實驗設(shè)備THJ2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3．萬用表 1只三、實驗原理圖41 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制結(jié)構(gòu)示意圖溫度測量通常采用熱電阻元件（感溫元件）。它是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的，在本實驗中采用的熱電阻為Pt100鉑電阻。鉑電阻元件是采用特殊的工藝和材料制造，它具有很高的穩(wěn)定性和耐震動等特點，還具有較強的抗污染能力。本實驗的被控對象是鍋爐內(nèi)膽的電熱絲，被控制量是內(nèi)膽的水溫T，溫度變送器把被控制量T轉(zhuǎn)變?yōu)榉答侂妷篤i，它與二位調(diào)節(jié)器設(shè)定的上限輸入Vmax 和下限輸入Vmin比較，從而決定二位調(diào)節(jié)器輸出繼電器閉合與斷開，即控制位式接觸器接通與斷開。圖42為位式控制器的工作原理圖。圖42 位式控制器的輸入輸出特性圖中： V0位式控制器的輸出 Vi位式控制器的輸入 Vmax位式控制器的上限輸入 Vmin位式控制器的下限輸入 由圖42可見，VO與Vi的關(guān)系不僅有死區(qū)存在，而且還有回環(huán)，因而圖42所示的系統(tǒng)實質(zhì)上是一個典型的非線性控制系統(tǒng)。執(zhí)行器只有“開”或“關(guān)”兩種極限工作狀態(tài)，故稱這種控制器為二位調(diào)節(jié)器。該系統(tǒng)的工作原理是： 當被控制的鍋爐水溫T減小到小于設(shè)定下限值時，即Vi≤Vmin時，位式調(diào)節(jié)器的輸出繼電器閉合，交流接觸器接通，使電熱絲接通三相380V電源進行加熱（如圖41所示）。隨著水溫T的升高，Vi也不斷增大，當增大到大于設(shè)定上限值時，即Vi≥Vmax時，則位式調(diào)節(jié)器的輸出繼電器斷開，這樣交流接觸器也斷開，切斷電熱絲的供電。由于這種控制方式具有沖擊性，易損壞元器件，只適用在對控制質(zhì)量要求不高的場合才使用。位式控制系統(tǒng)的輸出是一個斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程，因此不能用連續(xù)控制作用下的衰減振蕩過程的溫度品質(zhì)指標來衡量，而用振幅和周期作為控制品質(zhì)的指標。一般要求振幅小，周期長，然而對同一個位式控制系統(tǒng)來說，若要振幅小，則周期必然短；若要周期長，則振幅必然大。因此通過合理選擇中間區(qū)以使振幅在限定范圍內(nèi)，而又盡可能獲得較長的周期。圖41為本實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖43為本實驗系統(tǒng)的方框圖。圖43 鍋爐位式控制方框圖四、實驗內(nèi)容與步驟按圖41要求，完成實驗系統(tǒng)的接線。接通總電源和相關(guān)儀表的電源。打開閥F1 F1F15和F113,關(guān)閉其它所有與本實驗無關(guān)的閥,用電動調(diào)節(jié)閥支路給鍋爐內(nèi)膽打水至最大容量的三分之二左右時,停止打水。在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好溫度的給定值及控制范圍（即儀表的回差值dF），讓系統(tǒng)投入運行。 6．打開計算機，運行MCGS組態(tài)軟件并進入本實驗，觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。7．當系統(tǒng)進入等幅振蕩后，突加階躍擾動（將給定量增/減5%～15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。 五、實驗報告根據(jù)圖41，畫出本實驗系統(tǒng)的方框圖。試評述溫度位式控制的優(yōu)缺點。六、思考題溫度位式控制系統(tǒng)與連續(xù)的PID控制系統(tǒng)有什么區(qū)別？本系統(tǒng)會不會產(chǎn)生發(fā)散振蕩？第五章 串級控制系統(tǒng)實驗第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)的連接實踐一、串接控制系統(tǒng)的組成圖51 串級控制系統(tǒng)的方框圖圖51是串級控制系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)有主、副兩個控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨立的設(shè)定值R，它的輸出m1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù)C1。圖51中： R主參數(shù)的給定值 C1被控的主參數(shù) C2副參數(shù)f1(t)作用在主對象上的擾動 f2(t)作用在副對象上的擾動二、串級控制系統(tǒng)的特點A、改善了過程的動態(tài)特性 由負反饋原理可知，副回路不僅能改變副對象的結(jié)構(gòu)，而且還能使副對象的放大系數(shù)減小，頻帶變寬，從而使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變快，動態(tài)性能得到改善。B、能及時克服進入副回路的各種二次擾動，提高了系統(tǒng)抗擾動能力串級控制系統(tǒng)由于比單回路控制系統(tǒng)多了一個副回路，當二次擾動進入副回路，由于主對象的時間常數(shù)大于副對象的時間常數(shù)，因而當擾動還沒有影響到主控參數(shù)時，副調(diào)節(jié)器就開始動作，及時減小或消除擾動對主參數(shù)的影響。基于這個特點，在設(shè)計串級控制系統(tǒng)時盡可能把可能產(chǎn)生的擾動都納入到副回路中，以確保主參數(shù)的控制質(zhì)量。至于作用在主對象上的一次擾動對主參數(shù)的影響，一般通過主回路的控制來消除。C、提高了系統(tǒng)的魯棒性由于副回路的存在，它對副對象（包括執(zhí)行機構(gòu)）特性變化的靈敏度降低，即系統(tǒng)的魯棒性得到了提高。D、具有一定的自適應(yīng)能力 串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，副回路則是一個隨動系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器能按照負荷和操作條件的變化，不斷地自動改變副調(diào)節(jié)器的給定值，使副調(diào)節(jié)器的給定值能適應(yīng)負荷和操作條件的變化。三、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則（一） 主、副回路的設(shè)計副回路不僅要包括生產(chǎn)過程中的主要擾動，而且應(yīng)該盡可能包括更多的擾動信號。主、副對象的時間常數(shù)要合理匹配一般要求主、副對象時間常數(shù)的匹配能使主、副回路的工作頻率之比大于3。為此，要求主、副回路的時間常數(shù)之比應(yīng)該在3～10之間。（二） 主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，它的控制任務(wù)是使主參數(shù)等于給定值（無余差），故一般宜采用PI調(diào)節(jié)器。由于副回路是一個隨動系統(tǒng)，它的輸出要求能快速、準確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用P或PI調(diào)節(jié)器。四、主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇如在單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中所述，要使一個過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負反饋。對于串級控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的選擇原則是使整個系統(tǒng)構(gòu)成負反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系統(tǒng)系數(shù)極性乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的正負是這樣規(guī)定的：調(diào)節(jié)器的KC當測量值增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則KC為負（即正作用調(diào)節(jié)器）；反之，KC為正（即反作用調(diào)節(jié)器）。調(diào)節(jié)閥的系數(shù)KV氣開式調(diào)節(jié)閥，則KV為正；氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥，則KV為負。過程放大系數(shù)K0當過程的輸入增大時，即調(diào)節(jié)閥開大，其輸出也增大，則KO為正；反之K0為負。 五、串級控制系統(tǒng)的整定方法在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)常用的整定方法有以下兩種：（一） 兩步整定法兩步整定法就是先整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，后整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。整定的具體步驟為： 在工況穩(wěn)定，主、副回路閉合，主、副調(diào)節(jié)器都在純比例作用下，將主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%的刻度上，然后用單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法來整定副回路。如按衰減比4：1的要求將副調(diào)節(jié)器的比例度由大逐漸減小調(diào)節(jié)，直到響應(yīng)曲線呈4：1衰減為止。記下相應(yīng)的比例度δ2S和振蕩周期T2S。將副調(diào)節(jié)器的比例度置于所求的δ2S值，且把副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，用類同于整定副回路的方法整定主回路，求取主回路比例度δ1S和振蕩周期T1S根據(jù)求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值，按表所示的經(jīng)驗公式計算主、副調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時間常數(shù)TI和微分時間常數(shù)Td的實際值。按“先副后主”，“先比例后積分再微分”的整定順序，將所求的主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置在相應(yīng)的調(diào)節(jié)器上。觀察控制過程，并根據(jù)具體情況對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作適當調(diào)整，直到過程品質(zhì) 達到最佳為止。（二） 一步整定法由于兩步整定法要尋求兩個4：1的衰減過程，這是一件很花時間的事。經(jīng)過大量的實踐，對兩步整定法做了簡化，提出了一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗先確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定