（2）将中水箱进水阀F2-4开至适当开度（副流量扰动）。
（3）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度； （4）将中水箱进水阀F1-7开至适当开度；
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。流量的响应过程曲线将如图3-7所示。
图10-3 变频器支路流量阶跃响应曲线
步骤9．分别适量改变调节仪2的P及I参数，重复步骤8，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
步骤10．适量改变比值器的比例系数K′，观察副流量Q2的变化，并记录相应的动态曲线。
10.6 实验报告
1．画出单闭环流量比值控制系统的结构框图。
2．根据实验要求，实测比值器的比值系数，并与设计值进行比较。
3．根据扰动分别作用于主、副流量时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。 10.7 思考题
1．如果Q1（t）是一斜坡信号，试问在这种情况下Q1与Q2还能保持原比值关系？
2．试根据工程比值系数确定仪表比值系数？
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11 前馈-反馈控制系统实验
11.1 实验目的
1．通过本实验进一步了解液位前馈-反馈控制系统的结构与原理。 2．掌握前馈补偿器的设计与调试方法。
3．掌握前馈-反馈控制系统参数的整定与投运方法。 11.2 实验设备（同前） 11.3 实验原理
本实验的被控制量为下水箱的液位h，主扰动量为变频器支路的流量。本实验要求下水箱液位稳定至给定值，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。而扰动量经过前馈补偿器后直接叠加在调节器的输出，以抵消扰动对被控对象的影响。本实验系统结构图和方框图如图11-1所示。
图11-1 下水箱液位前馈-反馈控制系统
(a)结构图 (b)方框图
由图可知，扰动F（s）得到全补偿的条件为
F(s)Gf(s)+F(s)GF(s)G0(s)=0
GF(s)=-Gf(s)G0(s) (11-1)
上式给出的条件由于受到物理实现条件的限制，显然只能近似地得到满足，即前馈控制不能全部消除扰动对被控制量的影响，但如果它能去掉扰动对被控制量的大部分影响，则认为前馈控制已起到了应有的作用。为使补偿器简单起见，GF(s)用比例器来实现，如图其值按本章式(11-1)来计算。 11.4 静态放大系数KF的整定方法
（一）开环整定法
开环整定法是在系统断开反馈回路的情况下，仅采用静态前馈作用，来克服对被控参数影响的一种整定法。整定时，KF由小到大调节，观察前馈补偿的作用，直至被控参数回到给定值上，即直至完全补偿为止。此时的静态参数即为最
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佳的整定参数值KF，实际上KF值符合下式关系，即
KF＝
KfK0 (11-2)
式中：Kf、K0分别为扰动通道、控制通道的静态放大系数。
开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合，不然有较大偏差。
（二）前馈-反馈整定法
图11-2 前馈-反馈系统参数整定方框图
在图11-2所示系统反馈回路整定好的基础上，先合上开关K，使系统为前馈-反馈控制系统，然后由小到大调节KF值，可得到在扰动（ft）作用下如图11-3所示的一系列响应曲线，其中图11-3（b）所示的曲线补偿效果最好。
(a)欠补偿 (b)补偿合适 (c)过补偿
图11-3 前馈-反馈系统KF的整定过程
（三）利用反馈系统整定KF值
待图11-2所示系统运行正常后，打开开关K，则系统成为反馈控制。 1．待系统稳定运行，并使被控参数等于给定值时，记录相应的扰动量F0和调节器输出u0。
2．人为改变前馈扰动，使F0变为F1，待系统进入稳态，且被控参数等于给定值时，记录此时调节器的输出值u1。
3．按下式计算KF值
KF=
u1?u0F1?F0 (11-3)
11.5 实验内容与步骤
本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足
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水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。
步骤1．将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上，并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
图11-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图
步骤2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器及涡轮流量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
步骤3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验十八、下水箱液位前馈反馈控制系统”，进入实验十八的监控界面。
步骤4．在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个合适的值，此操作也可通过调节仪表实现。
步骤5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使下水箱的液位平衡于设定值。
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步骤6．按单回路的整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器设定。按前面静态放大系数的整定方法整定前馈放大系数KF。静态放大系数的设置方法可用万用表量得比值器输入输出电压之比即可。
步骤7．待液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待液位平衡后，打开阀门F2-4或F2-5，合上单相Ⅱ电源空气开关启动变频器支路以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），记录下水箱液位的响应过程曲线。
步骤8．将前馈补偿去掉，即构成双容液位定值控制系统，重复步骤7，用计算机记录系统的响应曲线，比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。11.6 实验报告要求
1．画出下水箱液位前馈-反馈控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定前馈补偿器的静态放大系数，写出整定过程。
3．根据实验数据和曲线，分析系统在相同扰动作用下，加入前馈补偿与不加前馈补偿的动态性能。
4．根据所得的实验结果，对前馈补偿器在系统中所起的作用作出评述。 11.7 思考题
1．对一种扰动设计的前馈补偿装置，对其它形式的扰动是否也适用？
2．有了前馈补偿器后，试问反馈控制系统部分是否还具有抗扰动的功能？
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