实验三液位前馈-反馈复合控制 - 图文

液位前馈-反馈复合控制

实验报告书

实验名称： 液位前馈-反馈复合控制 姓名： 班级： 学号： 指导老师：

一、实验名称：

液位前馈-反馈复合控制 二、实验设备：

组态软件、实验箱。 三、实验过程：

需要注意的一点是：组态软件采用所有的工程量都是0-100。如液位的实际最高高度为28cm，液位参数设置时取20%，50%等类似的百分比

a) 流量液位前馈反馈控制

1 实验目的与要求

1.1.实验前需熟悉复合控制的原理与特点。

1.2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 1.3.通过实验掌握前馈补偿器的设计方法。

2 实验系统组成 2.1 实验原理

流程图如图 2.3.1 所示。水介质由泵U101(P101)从水箱V104 中加压获得压头，经流量计FT101、电动调速器U101、水箱V101、手阀QV116 回流至水箱V104 而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV116 来调节；其中，水箱V101 的液位由液位变送器LT101测得，给水流量由流量计FT101 测得。本例中调速器U101 为操纵变量， LT101 为被控变量，接收流量的前馈信号参予到定值系统中，整体构成前馈－反馈控制系统。

2.2 前馈补偿器,

如果水路流量出现扰动，经过流量计FT101 测量之后，测量得到干扰的大小，然后通过调整调速器开度，直接进行补偿。本次实验采用静态补偿，补偿器数值为图2.3.1中的前馈系数K。

图 2.3.1 流量液位前馈反馈复合控制

3 操作步骤和调试

首先进行无前馈控制的单一反馈控制实验，观察对干扰的控制效果，然后进行复合控制实验，对比分析两种控制方案的特点与实验结果。

3.1 单一反馈控制实验步骤：

1、启动组态王软件，选择“复杂控制”中“流量液位前馈反馈控制”。

2、检查水槽溢出时是否有溢流通道，保证发生溢出时水能够流回蓄水箱V104。 3、工艺对象和控制系统上电。

4、设定K=0，液位设定值为30%左右，然后在“自动”模式下调节PID 控制器参数，使得在设定值增加10%的阶跃输入情况下，能得到较为满意的响应曲线。抓图，保存实验曲线结果

5、增加干扰，调节QV111 从90 度变动到50 度，观察系统响应曲线。抓图，保存实验曲线结果。

6、若全部实验结束，将工艺对象和控制系统断电。

3.2 复合控制步骤：

1、将调节阀QV111 转回90 度的关闭状态。

2、设定K=0，液位设定值在30~40%之间，保持3.1 步骤中的PID 参数不变。 3、系统稳定后，观察主界面上方的稳态流量（百分比）记为q1，下方的调节器输出记为u1。将调节阀QV111 从90 度变动到70 度，观察响应曲线，系统稳定后，将稳态流量（百分比）记为q2，下方的调节器输出记为u2，则前馈补偿器的计算公式为

4、将调节阀QV111 转回90 度的关闭状态。系统稳定后，将q1 输入到主界面下方的“稳态流量百分”的编辑框中，前馈系数设为式1 求得的K。

5、增加干扰，调节QV111 从90 度变动到50 度，观察响应曲线。抓图，保存实验曲线结果。

6、点击主界面“停止”按钮，关闭系统，分析数据。 7、若全部实验结束，将工艺对象和控制系统断电。

4 实验结果与思考

整理实验曲线，记录 PID 参数及前馈系数。 1. 针对得到的不同实验曲线，加以对比分析说明

从实验结果对照我们可以看出,通过设置前馈环节,使系统特性在相同PID的

调节下得到了显著提高,这是因为前馈调节是通过引起被控参数变化的干扰大小进行调节,因此对干扰的克服要比反馈调节快。

而前馈反馈复合控制更加提高了稳态性能和动态性能，使调节性能得到更多的改善。

2. 若本实验系统中泵的模型为

水槽v101 的模型为

控制器 LIC 模型为KL ，液位传感器模型为Km ，则本次实验中前馈补偿器GB是多少？

为了实现对干扰F（S）的完全补偿，则干扰项应为零，即 GB(S)=-G0(S)/G0 (S)*Kl =-1/Kl

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