三阶对象的单回路和串级控制的比较研究
【摘要】针对三阶系统可以描述大多数自然界中的被控对象，本文设计了一套三阶三容水箱控制系统。采用西门子PLC 作为硬件控制平台，分别对下水箱液位进行单回路控制和串级控制，通过分析被控对象的响应曲线来比较两种控制方案的特点。实验结果表明，当扰动作用点位置不同时，串级控制都比单回路控制具有更好的控制品质。
【关键词】三阶液位控制系统；串级控制；单回路控制
Abstract ：For third-order system can describe most of the controlled objects in nature ，this paper designs a third-order object control system which contains three tanks.In the control system，Simatic PLC is employed as the hardware controller.And the single-loop control system and cascade control system are established respectively in order to compare their control characteristics.Through comparing and analyzing with two control methods，experiment results show that cascade control system has better performance than single-loop control system no matter where the disturbances get into control system.
Key words：third-order level control system；cascade control；single-loop control
1. 引言
在工业生产当中，液位经常作为一个重要的参数在各个领域中有广泛的应用。比如液体贮槽、成品罐、进料罐、中间缓冲容器及水箱等其他设备。将单元操作设备所处理的物料液位限制在工艺容许的波动范围内，是液位控制系统最重要的目标[1-2]。
为了对单回路控制和串级控制的控制效果进行比较研究，本文是在THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台的基础上，使用西门子PLC[3]作为硬件控制平台，电动调节阀、压力传感器、模拟转换器等外围设备，运用两种控制方案，实现对下水箱液位的控制。其系统硬件设备图如图1所示。
图1 系统硬件设备图
本文中控制对象是下水箱液位，使其能够稳定、迅速、准确的达到设定值[4，5]。单回路控制系统结构简单，搭建容易，并且能够解决工业生产过程自动化中大量参数定值控制问题，很多情况下，能够满足生产工艺要求[6]。考虑到单回路控制的以上特点，首先利用单回路控制系统实现对下水箱液位的控制。
2. 三阶对象的单回路控制和串级控制
2.1 单回路控制
三阶对象的单回路和串级控制的比较研究
【摘要】针对三阶系统可以描述大多数自然界中的被控对象，本文设计了一套三阶三容水箱控制系统。采用西门子PLC 作为硬件控制平台，分别对下水箱液位进行单回路控制和串级控制，通过分析被控对象的响应曲线来比较两种控制方案的特点。实验结果表明，当扰动作用点位置不同时，串级控制都比单回路控制具有更好的控制品质。
【关键词】三阶液位控制系统；串级控制；单回路控制
Abstract ：For third-order system can describe most of the controlled objects in nature ，this paper designs a third-order object control system which contains three tanks.In the control system，Simatic PLC is employed as the hardware controller.And the single-loop control system and cascade control system are established respectively in order to compare their control characteristics.Through comparing and analyzing with two control methods，experiment results show that cascade control system has better performance than single-loop control system no matter where the disturbances get into control system.
Key words：third-order level control system；cascade control；single-loop control
1. 引言
在工业生产当中，液位经常作为一个重要的参数在各个领域中有广泛的应用。比如液体贮槽、成品罐、进料罐、中间缓冲容器及水箱等其他设备。将单元操作设备所处理的物料液位限制在工艺容许的波动范围内，是液位控制系统最重要的目标[1-2]。
为了对单回路控制和串级控制的控制效果进行比较研究，本文是在THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台的基础上，使用西门子PLC[3]作为硬件控制平台，电动调节阀、压力传感器、模拟转换器等外围设备，运用两种控制方案，实现对下水箱液位的控制。其系统硬件设备图如图1所示。
图1 系统硬件设备图
本文中控制对象是下水箱液位，使其能够稳定、迅速、准确的达到设定值[4，5]。单回路控制系统结构简单，搭建容易，并且能够解决工业生产过程自动化中大量参数定值控制问题，很多情况下，能够满足生产工艺要求[6]。考虑到单回路控制的以上特点，首先利用单回路控制系统实现对下水箱液位的控制。
2. 三阶对象的单回路控制和串级控制
2.1 单回路控制