液位串级控制系统
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3
一、实践体验—单回路不足
3、实验总结
1）性能对比
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
ຫໍສະໝຸດ Baidu
指标
对象
稳定性 调节时间 动态偏差
单容
好
短
小
双容
较差 较长
较大
4
一、实践体验—单回路不足
3、实验总结
1、什么原因？ 3、具体实施？
双容控制
2、如何解决？
5
二、知识学习——对象特性及建模
1、对象特性概念
输入量 流入量 + 流出量
给定值 调节器1
液位 变送器
不足
设备较多
17
3、控制方法改进
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
三、解决方法
副调节器
调节阀
流量变 送器
给定值 主调节器
液位变 送器
给定值 调节器
液位变 送器
18
三、解决方法
4、液位串级控制
调节阀
副调节器
给 定 值
液位 变送器
系统特点：控制效 果好，费用低。但调 试略为麻烦。
0
t t∞ 0.632 t∞
0 T
t
1
G(s)
t
Ts 1
t t∞
0.632 t∞
0
t
τ0 T
蒸汽加热器的飞升曲线
G(s) 1 e0s Ts 1
10
2、对象动态特性的基本类型
3）双容对象
Qi h1 Q1 h2 双容对象
H 2 (s) Qi (s)
T1T2 s 2
K (T1
T2 )s
1
Q Qi t
1～6个相同容量的对象飞升特性
G(s) 1 es Ts 1
T T∞
P
0A
t
τ0 τc T
具有容量和纯滞后的对象飞升特性
13
3、单双容对象特性对比
调节阀
因素 对象
时间常数
滞后时间
外界干扰
单容
时间常数小，调 滞后时间小，系 干扰小，系统稳
节及时。
统较稳定。
定，静态偏差小。
双容
时间常数大，调 节时间较长。
安全阀
出水阀
对象特性
FS
LC
LT
供水泵
输出量 被控变量
6
1、对象特性概念
对象特性类型
静态
对象的输入 参数和输出 参数达到平 衡时的相互 关系。
动态
对象的输出 参数在输入 参数影响下 的变化过程 相互。
典型
7
单容对象 时滞对象 双容对象
2、对象动态特性的基本类型
1）单容对象
Qi h
无自衡特性水槽
Q1 8
21
0 h1
h1∞
0
t
h2 h2∞
P
Q2 0
t
飞升曲线
11
3）双容对象
单容对象
Q Qi
0
h1 h1 ∞
0
G(s) 1 Ts 1
Q
Qi
双容对象
t
t
0
h2 h2 ∞
P
t
0
A
t
τc T
G(s) 1 ecs Ts 1
12
4）多容对象特性
y(t)
100 50
0
n=1 n=2 n=3n=4n=5 n=6
t
123456
（2）正常运行后，对进 水量加10%左右的干扰，观 察、记录下过渡过程曲线。
2
一、实践体验—单回路不足
2、实验要求
（1）对比控制系统未加流量干扰与加流量干扰时 的最大动态偏差和静态偏差大小？
（2）有何方法解决单回路控制系统因流量干扰而 带来的控制品质下降？试着做一做。
注意事项：应认真调节好二个水箱的进、出水阀 的开度，以使水箱的液位能稳定在某一确定值上。否则， 实验无法正常开展。
G(s) 1 Ts
Q
Qi
Q1
t 0
h
h0
0 t0
t
无自衡特性水槽的飞升曲线
2、对象动态特性的基本类型
1）单容对象
有自衡特性水槽
G(s) K Ts 1
Q
Qi
0
t
h h∞
0. 632 h ∞
0
T
t
有自衡特性水槽的飞升曲线
9
2）时滞对象
Qi 蒸汽
t 水溶液
Qi 蒸汽
水溶液
t L
蒸汽直接加热器
Q Qi
给定值 主调节器
液位 变送器
19
3、液位串级控制
串级控制方框图
x1 + e1 - z1
主调节器 x2 + e2 - z2
副调节器
执行器 副变送器
副对象
y
y
2
1
主对象
主变送器
副回路——由副调节器、调节阀、副对象、副测量变送器组成 的回路称为副回路。
主回路——整个串级控制系统包括主对象、主调节器、副回路 等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称主环或外环。
调节阀2
给定值
调节器2
液位 变送器
2、稳定上水箱液位
系统特点：可克服进 水流量干扰及上水箱其它 干扰对被控变量的影响， 且方法简便、易于实现。 综合性能较好。
给定值 调节器1
液位 变送器
16
三、解决方法
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
调节阀1
调节阀2
给定值
调节器2
液位 变送器
20
四、小结，学生课后自学布置
1、小结
通过本次课学习，在能力应达到： 1）掌握串级控制系统的结构和组成原理，能正确分析
串级控制系统。 2）能绘制规范的控制系统结构图和方框图。
2、作业布置
1）串级控制系统中的主、副回路如何区分？作用各是什么？ 2）串级控制系统的控制质量一定比单回路好？请说明理由。 3）锅炉液位是一单容对象，为克服进水流量的干扰，应采用 怎样的控制方案？
项目二 液位串级控制系统
模块一 液位串级控制方案
湖州职业技术学院机电工程分院
1
一、实践体验—单回路控制不足
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
双容液位定值控制系统
1、实验任务
（1）以下水箱的液位控 制为目标，组成如下图所示 的单回路控制系统，按照单 回路参数整定方法对控制器 的参数进行整定，并正确地 投入运行。
滞后时间大，系 统稳定较差，容 易波动。
干扰大，系统易 振荡，静态偏差 大。
给定值 调节器
液位变 送器
14
三、解决方法
1、稳定进口流量
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
系统特点：可快速克服进水流量干扰对被控变量的影响， 且方法简便、易于实现。
15
三、解决方法
调节阀1
一、实践体验—单回路不足
3、实验总结
1）性能对比
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
ຫໍສະໝຸດ Baidu
指标
对象
稳定性 调节时间 动态偏差
单容
好
短
小
双容
较差 较长
较大
4
一、实践体验—单回路不足
3、实验总结
1、什么原因？ 3、具体实施？
双容控制
2、如何解决？
5
二、知识学习——对象特性及建模
1、对象特性概念
输入量 流入量 + 流出量
给定值 调节器1
液位 变送器
不足
设备较多
17
3、控制方法改进
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
三、解决方法
副调节器
调节阀
流量变 送器
给定值 主调节器
液位变 送器
给定值 调节器
液位变 送器
18
三、解决方法
4、液位串级控制
调节阀
副调节器
给 定 值
液位 变送器
系统特点：控制效 果好，费用低。但调 试略为麻烦。
0
t t∞ 0.632 t∞
0 T
t
1
G(s)
t
Ts 1
t t∞
0.632 t∞
0
t
τ0 T
蒸汽加热器的飞升曲线
G(s) 1 e0s Ts 1
10
2、对象动态特性的基本类型
3）双容对象
Qi h1 Q1 h2 双容对象
H 2 (s) Qi (s)
T1T2 s 2
K (T1
T2 )s
1
Q Qi t
1～6个相同容量的对象飞升特性
G(s) 1 es Ts 1
T T∞
P
0A
t
τ0 τc T
具有容量和纯滞后的对象飞升特性
13
3、单双容对象特性对比
调节阀
因素 对象
时间常数
滞后时间
外界干扰
单容
时间常数小，调 滞后时间小，系 干扰小，系统稳
节及时。
统较稳定。
定，静态偏差小。
双容
时间常数大，调 节时间较长。
安全阀
出水阀
对象特性
FS
LC
LT
供水泵
输出量 被控变量
6
1、对象特性概念
对象特性类型
静态
对象的输入 参数和输出 参数达到平 衡时的相互 关系。
动态
对象的输出 参数在输入 参数影响下 的变化过程 相互。
典型
7
单容对象 时滞对象 双容对象
2、对象动态特性的基本类型
1）单容对象
Qi h
无自衡特性水槽
Q1 8
21
0 h1
h1∞
0
t
h2 h2∞
P
Q2 0
t
飞升曲线
11
3）双容对象
单容对象
Q Qi
0
h1 h1 ∞
0
G(s) 1 Ts 1
Q
Qi
双容对象
t
t
0
h2 h2 ∞
P
t
0
A
t
τc T
G(s) 1 ecs Ts 1
12
4）多容对象特性
y(t)
100 50
0
n=1 n=2 n=3n=4n=5 n=6
t
123456
（2）正常运行后，对进 水量加10%左右的干扰，观 察、记录下过渡过程曲线。
2
一、实践体验—单回路不足
2、实验要求
（1）对比控制系统未加流量干扰与加流量干扰时 的最大动态偏差和静态偏差大小？
（2）有何方法解决单回路控制系统因流量干扰而 带来的控制品质下降？试着做一做。
注意事项：应认真调节好二个水箱的进、出水阀 的开度，以使水箱的液位能稳定在某一确定值上。否则， 实验无法正常开展。
G(s) 1 Ts
Q
Qi
Q1
t 0
h
h0
0 t0
t
无自衡特性水槽的飞升曲线
2、对象动态特性的基本类型
1）单容对象
有自衡特性水槽
G(s) K Ts 1
Q
Qi
0
t
h h∞
0. 632 h ∞
0
T
t
有自衡特性水槽的飞升曲线
9
2）时滞对象
Qi 蒸汽
t 水溶液
Qi 蒸汽
水溶液
t L
蒸汽直接加热器
Q Qi
给定值 主调节器
液位 变送器
19
3、液位串级控制
串级控制方框图
x1 + e1 - z1
主调节器 x2 + e2 - z2
副调节器
执行器 副变送器
副对象
y
y
2
1
主对象
主变送器
副回路——由副调节器、调节阀、副对象、副测量变送器组成 的回路称为副回路。
主回路——整个串级控制系统包括主对象、主调节器、副回路 等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称主环或外环。
调节阀2
给定值
调节器2
液位 变送器
2、稳定上水箱液位
系统特点：可克服进 水流量干扰及上水箱其它 干扰对被控变量的影响， 且方法简便、易于实现。 综合性能较好。
给定值 调节器1
液位 变送器
16
三、解决方法
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
调节阀1
调节阀2
给定值
调节器2
液位 变送器
20
四、小结，学生课后自学布置
1、小结
通过本次课学习，在能力应达到： 1）掌握串级控制系统的结构和组成原理，能正确分析
串级控制系统。 2）能绘制规范的控制系统结构图和方框图。
2、作业布置
1）串级控制系统中的主、副回路如何区分？作用各是什么？ 2）串级控制系统的控制质量一定比单回路好？请说明理由。 3）锅炉液位是一单容对象，为克服进水流量的干扰，应采用 怎样的控制方案？
项目二 液位串级控制系统
模块一 液位串级控制方案
湖州职业技术学院机电工程分院
1
一、实践体验—单回路控制不足
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
双容液位定值控制系统
1、实验任务
（1）以下水箱的液位控 制为目标，组成如下图所示 的单回路控制系统，按照单 回路参数整定方法对控制器 的参数进行整定，并正确地 投入运行。
滞后时间大，系 统稳定较差，容 易波动。
干扰大，系统易 振荡，静态偏差 大。
给定值 调节器
液位变 送器
14
三、解决方法
1、稳定进口流量
调节器 给定值
调节阀
流量变 送器
调节阀
给定值 调节器
液位变 送器
系统特点：可快速克服进水流量干扰对被控变量的影响， 且方法简便、易于实现。
15
三、解决方法
调节阀1