【正文】 水箱主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥液位變送器副調(diào)節(jié)器流量變送器流量擾動(dòng)副參數(shù)主參數(shù)主參數(shù)設(shè)定圖 25 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖（1） 選擇控制系統(tǒng)的方案，上水箱液位和主回路流量（2） 選擇主被控參數(shù)、副被控參數(shù)、打開手動(dòng)閥門 VV7 、V10（3） 選擇主副控制器，在恒壓供水條件下工作，按事先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)接線圖將實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線接好（4） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的整定，先自整定副回路流量系統(tǒng)。待系統(tǒng)穩(wěn)定后再整定主回路液位系統(tǒng)，最后串在一起整定（5） 待系統(tǒng)穩(wěn)定后，上水箱液位加個(gè)給定，觀察計(jì)算機(jī)上流量和液位的曲線的變化，并保存此曲線（6） 系統(tǒng)穩(wěn)定后，分別在主副回路加個(gè)干擾信號(hào)，然后觀察計(jì)算機(jī)上歷史曲線的變化 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)相比較，串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)流量擾動(dòng)的抑制大大增強(qiáng)，使其對(duì)主參數(shù)的影響大大減小。因而串級(jí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間（回復(fù)時(shí)間）減少，最大動(dòng)態(tài)偏差減少?？刂菩阅芊治觯海ˋ）由于副回路的快速作用，可迅速克服進(jìn)入副回路的干擾，故選用 PI 作用可以進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23（B）引入副回路減小了副對(duì)象的相位滯后，從而改善了主回路的響應(yīng)速度，這對(duì)克服進(jìn)入主副回路的干擾都是有利的（C）串級(jí)控制系統(tǒng)改善了系統(tǒng)的魯棒性（D）副回路可按主回路的要求對(duì)副變量進(jìn)行精確的控制（E）由于該串級(jí)系統(tǒng)有較大的滯后，故可以采用 PID 作用進(jìn)行有效的調(diào)節(jié) 前饋反饋控制實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^設(shè)計(jì)前饋反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的液位控制，掌握前饋反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，前饋量的選擇，控制參數(shù)的整定等方法。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1） 用實(shí)驗(yàn)的方法測試液位和流量的動(dòng)態(tài)特性（2） 確定擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)、對(duì)象控制通道的傳遞函數(shù)（3） 用比值器實(shí)現(xiàn)靜態(tài)前饋、前饋反饋的控制系統(tǒng)（4） 整定前饋反饋控制系統(tǒng)參數(shù)（5） 分析簡單控制系統(tǒng)與前饋反饋控制系統(tǒng)控制質(zhì)量調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置如下：反饋調(diào)節(jié)器參數(shù) 說明DF=3 回差值Sn=33 15V 電壓輸入Dip=0 小數(shù)點(diǎn)位數(shù)為 0Dil=0 輸入下限顯示值Dih=100 輸入上限顯示值Opl=4 輸出 420mA 電流CF=2調(diào)節(jié)器反作用、有上電免除報(bào)警功能、無外部輸入Run=1 自動(dòng)調(diào)節(jié)，允許手動(dòng)設(shè)置 實(shí)驗(yàn)儀器PCTII 型過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前饋反饋控制系統(tǒng)方框圖：流量對(duì)象水箱調(diào)節(jié)器液位變送器流量變送器流量擾動(dòng)主參數(shù)調(diào)節(jié)閥比例器圖 26 前饋反饋控制系統(tǒng)方框圖（1） 設(shè)計(jì)控制方案（2） 計(jì)算比值系數(shù)（3） 完成恒壓供水系統(tǒng)接線（4） 完成比值控制系統(tǒng)接線（5） 將閥門 VVVVV7 打開，其余閥門關(guān)閉（6） 接通總電源和各儀表電源（7） 調(diào)節(jié) PCTII 面板上電位器 K1 可改變主副流量的比值，比值的范圍是~1 倍（8） 控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，控制器的參數(shù)整定可按單回路或串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法進(jìn)行。由于流量變化速度快，調(diào)節(jié)器不能整定出比較合理的參數(shù)，需根據(jù)曲線來人工調(diào)整（9） 系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變主回路流量的大小，觀察副回路流量的變化（10） 觀察計(jì)算機(jī)上歷史曲線的變化，記錄并處理歷史曲線（11） 改變比例器的比例系數(shù)，觀察流量的變化 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與液位單閉環(huán)相比較，前饋反饋控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間（回復(fù)時(shí)間）減少，最大動(dòng)態(tài)偏差減少。控制性能分析：，由于反饋，減輕了對(duì)前饋控制模型的精度要求，并可對(duì)未作前饋補(bǔ)償?shù)母蓴_進(jìn)行校正；B．從反饋的角度，前饋控制事先起了一個(gè)粗調(diào)的作用，大大的減少了反饋的負(fù)擔(dān)。單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)257 總結(jié)經(jīng)過為期將近一個(gè)學(xué)期的設(shè)計(jì)，過程控制系統(tǒng)的這份大作業(yè)——單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，終于將要畫上句號(hào)了。通過做這份作業(yè)，我們能夠?qū)⒄n本上的知識(shí)加以更好地加以消化和鞏固，將理論和實(shí)際相結(jié)合。通過計(jì)算機(jī)仿真，我們對(duì)抽象的過程控制理論知識(shí)有了直觀的認(rèn)識(shí)和理解。通過這次作業(yè)，我掌握了簡單控制系統(tǒng)的建模過程和方法，掌握了單閉環(huán)控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)和前饋反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用場合，掌握了運(yùn)用頻率特性法和衰減曲線法整定 PID 控制器的參數(shù)。單閉環(huán)的控制性能較差，超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時(shí)間長，但實(shí)現(xiàn)起來簡單，PID 參數(shù)整定較簡單；串級(jí)控制的控制性能比單閉環(huán)好，能夠減小超調(diào)量，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，能夠快速的抑制內(nèi)環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但串級(jí)系統(tǒng)參數(shù)整定較復(fù)雜；前饋反饋控制的控制性能也比單閉環(huán)好，能夠在擾動(dòng)影響系統(tǒng)輸出之前對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出做出修正，減小擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。當(dāng)然，我所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)還存在許多問題，例如串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定的不好，系統(tǒng)衰減太慢，超調(diào)較大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長，還沒有找到一組合適的主副控制器參數(shù)；積分控制器的參數(shù)整定的不好，超調(diào)很大，振蕩周期很長，調(diào)節(jié)時(shí)間很長，控制效果不好。單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)26參考文獻(xiàn)[1] 王子才. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊. 北京：國防工業(yè)出版社，1993[2] 王樹青，樂嘉謙. 自動(dòng)化與儀表工程師手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022[3] Seb D E，Edgar T F and Mellichamp D A 著，王京春等譯 . 過程的動(dòng)態(tài)特性與控制(Process Dynamics and Control). 第二版. 北京：電子工業(yè)出版社， 2022[4] Shinskey F G 著，蕭德云等譯. 過程控制系統(tǒng)——應(yīng)用、設(shè)計(jì)、整定. 第三版. 北京：清華大學(xué)出版社，2022[5] 黃德先等. 過程控制系統(tǒng). 北京：清華大學(xué)出版社，2022[6] 蔣慰孫，俞金壽. 過程控制工程. 第二版. 北京：中石化出版社，2022[7] 黃德先等. 化工過程先進(jìn)控制. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022[8] Luyben W L. Design and control degrees of freedom. Industrial amp。 Engineering Chemistry Research，1994,49(13)：2089~2095[9] Newell R B and Lee P L. Applied process control. Brookvale，NSW，Australia：PrenticeHall of Australia，1989[10]Hougen J O. Measurement and control applications. Secend ed. NC：ISA，Research Triangle Park，1979單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)27附錄仿真程序圖附圖 1 比例控制仿真圖 P=200 ， Qd=5000cm3附圖 2 前饋控制仿真曲線單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)28附圖 3 前饋斷開系統(tǒng)仿真曲線