朱健全基于組態(tài)軟件的單回路液位控制系統(tǒng)(完整版)實(shí)用資料

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成都大學(xué)朱健全基于組態(tài)軟件的單回路液位控制系統(tǒng)（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）《過程控制》課程設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的液位單回路過程控制系統(tǒng)院（系）：電子信息工程學(xué)院班級：2007級自動(dòng)化本科三班姓名：朱健全學(xué)號：200710311331一、概述1.1設(shè)計(jì)目的：選擇一種合適的組態(tài)軟件，結(jié)合也為單回路過程控制系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計(jì)原則，合理選擇PID控制規(guī)律，設(shè)計(jì)一個(gè)組態(tài)功能合理，組態(tài)控制程序完善的液位單回路過程孔子系統(tǒng)。掌握測控對象參數(shù)檢測方法、變送器的功能、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對課堂理論知識的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高解決實(shí)際工程問題的能力。1.2具體任務(wù)：1、根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體被控對象和控制要求，正確選擇過程儀表，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案。2、運(yùn)用組態(tài)軟件，編寫組態(tài)控制程序。3、分步投運(yùn)系統(tǒng)，正確調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期性能。4、提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、生產(chǎn)過程介紹2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀：目前國內(nèi)外組態(tài)軟件單回路控制系統(tǒng)的應(yīng)用以為廣泛，但是在溫度控制的穩(wěn)定性和及時(shí)性等方面都還存在一定的不足。2.2生產(chǎn)過程：過程控制系統(tǒng)由過程檢測、變送和控制儀表、執(zhí)行裝置等組成，通過各種類型的儀表完成對過程變量的檢測、變送和控制，并經(jīng)執(zhí)行裝置作用于生產(chǎn)過程。三、生產(chǎn)設(shè)備及控制要求生產(chǎn)設(shè)備：主被控對象液位控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器、測量變送器件。液位傳感器采用工業(yè)的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，穩(wěn)定性、可靠性可大大提高。電磁流量傳感器采用LDS-10S型點(diǎn)菜流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0—0.3m^3/h，壓力1.6Mpmax,4—20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，運(yùn)行平穩(wěn)、體積小、力矩大、控制進(jìn)度高。水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵，噪音低，壽命長，功耗小。控制要求：通過組態(tài)軟件和各儀表器件控制液位，使系統(tǒng)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)控制的四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1方案論證：整個(gè)控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對象為流量PV。4.2硬件設(shè)計(jì)：當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開始抽水，通過管道分別將水送到上下水箱，由HB返回信號，是否還需要放水到下水箱。若還需要即水位過低，則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使水位達(dá)到合適位置；若水位過高或剛好合適，則通過電磁閥使流量保持或減小。其過程控制系統(tǒng)圖如下控制系統(tǒng)框圖組態(tài)畫面：檢測電路：為了達(dá)到測量高精度的要求,選用溫度傳感器AD590,AD590具有較高精度和重復(fù)性，超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器0P07將溫度一電壓信號進(jìn)行放大,便于A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性。采樣檢測電路如圖所示。A/D轉(zhuǎn)換電路：A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADC0809轉(zhuǎn)換器。將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字號輸出轉(zhuǎn)換完成的信號EOC經(jīng)反相器接單片機(jī)的P3.2口，A/D轉(zhuǎn)換電路如圖所示。A/D轉(zhuǎn)換電路CPU選擇：單片機(jī)接受A/D轉(zhuǎn)換電路輸入的數(shù)字信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理和運(yùn)算，以控制控制電流或者控制電壓的形式輸出給被控制的電路，完成控電磁閥的任務(wù)。本設(shè)計(jì)的單片機(jī)選用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，采用雙列直插封裝（DIP），有40個(gè)引腳與MCS—51系列單片機(jī)的指令和引腳設(shè)置兼容。AT89C51引腳圖,如圖所示。4.3、控制算法：根據(jù)液位單回路控制系統(tǒng)的原理，運(yùn)用組態(tài)所提供的類似于C語言的程序編寫語言實(shí)現(xiàn)PID控制算法。PID控制算法算式如下：上述算式中，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間，Td為微分時(shí)間，以u(k)作為計(jì)算機(jī)的當(dāng)前輸出值，以Sp作為給定值，Pv作為反饋值即AD設(shè)備的轉(zhuǎn)換值，e(k)作為偏差。4.4、程序設(shè)計(jì)：If(\\io\ko\z==1){\\io\s=9;}If(\\本站點(diǎn)\k2==1){\\本站點(diǎn)\ao1=\\本站點(diǎn)\P1*(1+1^\本站點(diǎn)\I+\\本站點(diǎn)\D1);\\本站點(diǎn)\a11=本站點(diǎn)\P1*(1+2*\\本站點(diǎn)\D1);\\本站點(diǎn)\a21=本站點(diǎn)\P1*\\本站點(diǎn)\D1;\\本站點(diǎn)\eko=\\本站點(diǎn)\sp1-\\io\流量1;\\本站點(diǎn)\uk=\\本站點(diǎn)\ao1*\\本站點(diǎn)\eko-本站點(diǎn)\a11*\\本站點(diǎn)\eko+\\本站點(diǎn)\a21*\\本站點(diǎn)\eko2+\\本站點(diǎn)\uko1;\\本站點(diǎn)\uko1=\\本站點(diǎn)\uk;\\本站點(diǎn)\eko2=\\本站點(diǎn)\eko1;\\本站點(diǎn)\eko1=\本站點(diǎn)\eko;If(\\本站點(diǎn)\uk<1000){if(\\本站點(diǎn)\uk<0){\\本站點(diǎn)\uko=0l}Else{\\本站點(diǎn)\uko=\\本站點(diǎn)\uk;}}Else{\\本站點(diǎn)\uko=1000;}}\\io\d=\\本站點(diǎn)\uko;五、總結(jié)5.1方案評價(jià)及改進(jìn)方向：此方案從被控對象、控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)組態(tài)畫面等，知道達(dá)到控制要求，各個(gè)方面都是相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范的。但是系統(tǒng)尚有一些不足的地方，缺乏創(chuàng)新點(diǎn)，這是需要改進(jìn)的地方。5.2收獲及體會：通過此次設(shè)計(jì)，我掌握了液位單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并且學(xué)會了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)步驟：認(rèn)知被控對象，設(shè)計(jì)控制方案，選擇控制規(guī)律，選擇設(shè)備儀器，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程圖和組態(tài)圖等，直到最后達(dá)到控制要求。通過這次課程設(shè)計(jì)不僅使我對課本知識有進(jìn)一步的加深理解，更加使我掌握了理論聯(lián)系實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對我來說獲益匪淺。六、參考文獻(xiàn)1、組態(tài)王軟件及其說明文件2、陳夕松，華成英.過程控制系統(tǒng)【M】.北京：科學(xué)出版社，20063、邵裕森.過程控制工程【M】.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20074、姜重然.工控軟件組態(tài)王簡明教程【M】.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)任務(wù)圖1所示雙容水箱液位系統(tǒng)，由水泵1、2分別通過支路1、2向上水箱注水，在支路一中設(shè)置調(diào)節(jié)閥，為保持下水箱液位恒定，支路二則通過變頻器對下水箱液位施加干擾。試設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)以維持下水箱液位的恒定。圖1雙容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖3.設(shè)計(jì)要求1）已知上下水箱的傳遞函數(shù)分別為：，。要求畫出雙容水箱液位系統(tǒng)方框圖，并分別對系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真（假設(shè)干擾為在系統(tǒng)單位階躍給定下投運(yùn)10s后施加的均值為0、方差為0.01的白噪聲）；2）針對雙容水箱液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖，并分別對控制系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，其中PID參數(shù)的整定要求寫出整定的依據(jù)（選擇何種整定方法，P、I、D各參數(shù)整定的依據(jù)如何），對仿真結(jié)果進(jìn)行評述；3）針對該受擾的液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)串級控制方案，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖及實(shí)施方案圖，對控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行評述。4.設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C(jī)理法建模和測試法建模兩種，機(jī)理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機(jī)理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學(xué)描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實(shí)際情況對其輸入輸出進(jìn)行某些數(shù)學(xué)處理得到，測試法建模一般較機(jī)理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計(jì)而言，由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機(jī)理建模法。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；控制對象特性：（上水箱傳遞函數(shù)）；（下水箱傳遞函數(shù)）。控制器：PID；執(zhí)行器：控制閥；干擾信號：在系統(tǒng)單位階躍給定下運(yùn)行10s后，施加均值為0、方差為0.01的白噪聲為保持下水箱液位的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中采用閉環(huán)系統(tǒng)，將下水箱液位信號經(jīng)水位檢測器送至控制器（PID），控制器將實(shí)際水位與設(shè)定值相比較，產(chǎn)生輸出信號作用于執(zhí)行器（控制閥），從而改變流量調(diào)節(jié)水位。當(dāng)對象是單水箱時(shí)，通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達(dá)到比較好的效果，系統(tǒng)也將有較好的抗干擾能力。該設(shè)計(jì)對象屬于雙水箱系統(tǒng)，整個(gè)對象控制通道相對較長，如果采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)上水箱有干擾時(shí)，此干擾經(jīng)過控制通路傳遞到下水箱，會有很大的延遲，進(jìn)而使控制器響應(yīng)滯后，影響控制效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果干擾頻繁出現(xiàn)，無論如何調(diào)整PID參數(shù)，都將無法得到滿意的效果。考慮到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負(fù)反饋，檢測上水箱液位，將液位信號送至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模，系統(tǒng)框圖如下：在無干擾情況下，整定主控制器的PID參數(shù)，整定好參數(shù)后，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察各參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響；然后加入干擾（白噪聲），比較有無干擾兩種情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。然后，加入副回路、副控制器，再有干擾的情況下，比較單回路控制、串級控制系統(tǒng)性能的變化，串級控制系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)實(shí)施方案圖如下：5.設(shè)計(jì)內(nèi)容1）單回路PID控制的設(shè)計(jì)MATLAB仿真框圖如下（無干擾）：先對控制對象進(jìn)行PID參數(shù)整定，這里采用衰減曲線法，衰減比為10：1。將積分時(shí)間Ti調(diào)為最大值，即MATLAB中I參數(shù)為0，微分時(shí)間常數(shù)TD調(diào)為零，比例帶δ為較大值，即MATLAB中K為較小值。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應(yīng)，系統(tǒng)衰減比為10：1時(shí)，階躍響應(yīng)如下圖：參數(shù)：K1=9.8，Ti=無窮大，TD=0經(jīng)觀測，此時(shí)衰減比近似10：1，周期Ts=14s，K=9.8C．根據(jù)衰減曲線法整定計(jì)算公式，得到PID參數(shù)：K1=9.8*5/4=12.25，取12；Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）；TD=0.4Ts=5.6s.使用以上PID整定參數(shù)得到階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線可以初步看出，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善。現(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=16，Ti=16.8，TD=5.6參數(shù)：K1=20，Ti=16.8，TD=5.6比較不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著K的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=10，TD=5.6參數(shù)：K1=12，Ti=1，TD=5.6比較不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=8.6參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=11.6比較不同D參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，而且隨著D參數(shù)的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，衰減率增大，振蕩頻率增大。現(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的仿真框圖如下：階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線，并與無干擾時(shí)的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大，在干擾作用時(shí)，很難穩(wěn)定下來，出現(xiàn)了長時(shí)間的小幅震蕩，由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，考慮串級控制。2）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的MATLAB仿真框圖如下（有噪聲）：當(dāng)無噪聲時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下圖所示：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.3比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應(yīng)可知，串級控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，大大縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。現(xiàn)向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P條件下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.5參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.0參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.5觀察以上曲線可知，當(dāng)副回路控制器，調(diào)節(jié)時(shí)間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)了，在干擾作用下，當(dāng)增益相同時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小?？梢匀〉昧钊藵M意的控制效果。6.設(shè)計(jì)總結(jié)1）通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)會了系統(tǒng)建模的一般步驟，掌握了分析簡單系統(tǒng)特性的一般方法，并對系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、控制對象等各個(gè)部分有了更加直觀的認(rèn)識。2）基本掌握了簡單系統(tǒng)模型的PID參數(shù)整定方法，對PID調(diào)節(jié)器中的P、I、D各個(gè)參數(shù)的功能、特性有了更加深刻的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，很多內(nèi)容印象非常深刻。3)通過仿真驗(yàn)證了串級控制對干擾的強(qiáng)烈抑制能力，仿真過程中也熟悉了控制系統(tǒng)中MATLAB仿真的基本方法，相信對以后的學(xué)習(xí)會有所幫助。4）從設(shè)計(jì)內(nèi)容來講，或許學(xué)習(xí)的是僅僅過程控制，學(xué)習(xí)的僅僅是MATLAB的操作，但設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)思想，到研究方法，再到結(jié)論總結(jié)都培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)研究能力，這也許更重要。雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)任務(wù)圖1所示雙容水箱液位系統(tǒng)，由水泵1、2分別通過支路1、2向上水箱注水，在支路一中設(shè)置調(diào)節(jié)閥，為保持下水箱液位恒定，支路二則通過變頻器對下水箱液位施加干擾。試設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)以維持下水箱液位的恒定。1圖1雙容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖3.設(shè)計(jì)要求1）已知上下水箱的傳遞函數(shù)分別為：Gp1(s=?H1(s?U1(s=25s+1，Gp2(s=?H2(s?Q2(s=?H2(s?H1(s=120s+1。要求畫出雙容水箱液位系統(tǒng)方框圖，并分別對系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真（假設(shè)干擾為在系統(tǒng)單位階躍給定下投運(yùn)10s后施加的均值為0、方差為0.01的白噪聲）；2）針對雙容水箱液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖，并分別對控制系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，其中PID參數(shù)的整定要求寫出整定的依據(jù)（選擇何種整定方法，P、I、D各參數(shù)整定的依據(jù)如何），對仿真結(jié)果進(jìn)行評述；3）針對該受擾的液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)串級控制方案，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖及實(shí)施方案圖，對控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行評述。4.設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C(jī)理法建模和測試法建模兩種，機(jī)理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機(jī)理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學(xué)描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實(shí)際情況對其輸入輸出進(jìn)行某些數(shù)學(xué)處理得到，測試法建模一般較機(jī)理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計(jì)而言，由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機(jī)理建模法。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；控制對象特性：Gp1(s=?H1(s?U1(s=25s+1（上水箱傳遞函數(shù)）；120s+1Gp2(s=?H2(s?Q2(s=?H2(s?H1(s=（下水箱傳遞函數(shù)）?？刂破鳎篜ID；執(zhí)行器：控制閥；干擾信號：在系統(tǒng)單位階躍給定下運(yùn)行10s后，施加均值為0、方差為0.01的白噪聲為保持下水箱液位的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中采用閉環(huán)系統(tǒng)，將下水箱液位信號經(jīng)水位檢測器送至控制器（PID），控制器將實(shí)際水位與設(shè)定值相比較，產(chǎn)生輸出信號作用于執(zhí)行器（控制閥），從而改變流量調(diào)節(jié)水位。當(dāng)對象是單水箱時(shí)，通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達(dá)到比較好的效果，系統(tǒng)也將有較好的抗干擾能力。該設(shè)計(jì)對象屬于雙水箱系統(tǒng)，整個(gè)對象控制通道相對較長，如果采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)上水箱有干擾時(shí)，此干擾經(jīng)過控制通路傳遞到下水箱，會有很大的延遲，進(jìn)而使控制器響應(yīng)滯后，影響控制效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果干擾頻繁出現(xiàn)，無論如何調(diào)整PID參數(shù)，都將無法得到滿意的效果。考慮到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負(fù)反饋，檢測上水箱液位，將液位信號送至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模，系統(tǒng)框圖如下：在無干擾情況下，整定主控制器的PID參數(shù)，整定好參數(shù)后，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察各參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響；然后加入干擾（白噪聲），比較有無干擾兩種情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。然后，加入前饋控制，在有干擾的情況下，比較單回路控制、前饋-反饋控制系統(tǒng)性能的變化，前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)實(shí)施方案圖如下：5.設(shè)計(jì)內(nèi)容1）單回路PID控制的設(shè)計(jì)MATLAB仿真框圖如下（無干擾）：01先對控制對象進(jìn)行PID參數(shù)整定，這里采用衰減曲線法，衰減比為10：1。A.將積分時(shí)間Ti調(diào)為最大值，即MATLAB中I參數(shù)為0，微分時(shí)間常數(shù)TD調(diào)為零，比例帶δ為較大值，即MATLAB中K為較小值。B.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應(yīng)，系統(tǒng)衰減比為10：1時(shí)，階躍響應(yīng)如下圖：參數(shù)：K1=9.8，Ti=無窮大，TD=0經(jīng)觀測，此時(shí)衰減比近似10：1，周期Ts=14s，K=9.8C．根據(jù)衰減曲線法整定計(jì)算公式，得到PID參數(shù)：K1=9.8*5/4=12.25，取12；Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）；TD=0.4Ts=5.6s.使用以上PID整定參數(shù)得到階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線可以初步看出，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善?，F(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。A．保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=16，Ti=16.8，TD=5.6參數(shù)：K1=20，Ti=16.8，TD=5.6比較不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著K的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。B．保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=10，TD=5.6參數(shù)：K1=12，Ti=1，TD=5.6比較不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。C．保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=8.6參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=11.6比較不同D參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，而且隨著D參數(shù)的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，衰減率增大，振蕩頻率增大?，F(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的仿真框圖如下：階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線，并與無干擾時(shí)的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大，在干擾作用時(shí)，很難穩(wěn)定下來，出現(xiàn)了長時(shí)間的小幅震蕩，由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，考慮串級控制。2）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的MATLAB仿真框圖如下（有噪聲）：當(dāng)無噪聲時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下圖所示：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.3比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應(yīng)可知，串級控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，大大縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間?，F(xiàn)向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P條件下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.5參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.0參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.5觀察以上曲線可知，當(dāng)副回路控制器，調(diào)節(jié)時(shí)間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)了，在干擾作用下，當(dāng)增益相同時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小。可以取得令人滿意的控制效果。6.設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié)1）通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)會了系統(tǒng)建模的一般步驟，掌握了分析簡單系統(tǒng)特性的一般方法，并對系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、控制對象等各個(gè)部分有了更加直觀的認(rèn)識。2）基本掌握了簡單系統(tǒng)模型的PID參數(shù)整定方法，對PID調(diào)節(jié)器中的P、I、D各個(gè)參數(shù)的功能、特性有了更加深刻的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，很多內(nèi)容印象非常深刻。3通過仿真驗(yàn)證了串級控制對干擾的強(qiáng)烈抑制能力，仿真過程中也熟悉了控制系統(tǒng)中MATLAB仿真的基本方法，相信對以后的學(xué)習(xí)會有所幫助。4）從設(shè)計(jì)內(nèi)容來講，或許學(xué)習(xí)的是僅僅過程控制，學(xué)習(xí)的僅僅是MATLAB的操作，但設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)思想，到研究方法，再到結(jié)論總結(jié)都培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)研究能力，這也許更重要。雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)題目雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)任務(wù)圖1所示雙容水箱液位系統(tǒng)，由水泵1、2分別通過支路1、2向上水箱注水，在支路一中設(shè)置調(diào)節(jié)閥，為保持下水箱液位恒定，支路二則通過變頻器對下水箱液位施加干擾。試設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)以維持下水箱液位的恒定。1圖1雙容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖3.設(shè)計(jì)要求1）已知上下水箱的傳遞函數(shù)分別為：Gp1(s=?H1(s?H2(s?H2(s21，Gp2(s=。===?U1(s5s+1?Q2(s?H1(s20s+1要求畫出雙容水箱液位系統(tǒng)方框圖，并分別對系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真（假設(shè)干擾為在系統(tǒng)單位階躍給定下投運(yùn)10s后施加的均值為0、方差為0.01的白噪聲）；2）針對雙容水箱液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖，并分別對控制系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，其中PID參數(shù)的整定要求寫出整定的依據(jù)（選擇何種整定方法，P、I、D各參數(shù)整定的依據(jù)如何），對仿真結(jié)果進(jìn)行評述；3）針對該受擾的液位系統(tǒng)設(shè)計(jì)串級控制方案，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖及實(shí)施方案圖，對控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行評述。4.設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C(jī)理法建模和測試法建模兩種，機(jī)理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機(jī)理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學(xué)描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實(shí)際情況對其輸入輸出進(jìn)行某些數(shù)學(xué)處理得到，測試法建模一般較機(jī)理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計(jì)而言，由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機(jī)理建模法。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；控制對象特性：Gp1(s=?H1(s2（上水箱傳遞函數(shù)）；=?U1(s5s+1?H2(s?H2(s1（下水箱傳遞函數(shù)）。==?Q2(s?H1(s20s+1Gp2(s=控制器：PID；執(zhí)行器：控制閥；干擾信號：在系統(tǒng)單位階躍給定下運(yùn)行10s后，施加均值為0、方差為0.01的白噪聲為保持下水箱液位的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中采用閉環(huán)系統(tǒng)，將下水箱液位信號經(jīng)水位檢測器送至控制器（PID），控制器將實(shí)際水位與設(shè)定值相比較，產(chǎn)生輸出信號作用于執(zhí)行器（控制閥），從而改變流量調(diào)節(jié)水位。當(dāng)對象是單水箱時(shí)，通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達(dá)到比較好的效果，系統(tǒng)也將有較好的抗干擾能力。該設(shè)計(jì)對象屬于雙水箱系統(tǒng)，整個(gè)對象控制通道相對較長，如果采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)上水箱有干擾時(shí)，此干擾經(jīng)過控制通路傳遞到下水箱，會有很大的延遲，進(jìn)而使控制器響應(yīng)滯后，影響控制效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果干擾頻繁出現(xiàn)，無論如何調(diào)整PID參數(shù)，都將無法得到滿意的效果。考慮到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負(fù)反饋，檢測上水箱液位，將液位信號送至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模，系統(tǒng)框圖如下：在無干擾情況下，整定主控制器的PID參數(shù)，整定好參數(shù)后，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察各參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響；然后加入干擾（白噪聲），比較有無干擾兩種情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。然后，加入前饋控制，在有干擾的情況下，比較單回路控制、前饋-反饋控制系統(tǒng)性能的變化，前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)實(shí)施方案圖如下：5.設(shè)計(jì)內(nèi)容1）單回路PID控制的設(shè)計(jì)MATLAB仿真框圖如下（無干擾）：01先對控制對象進(jìn)行PID參數(shù)整定，這里采用衰減曲線法，衰減比為10：1。A.將積分時(shí)間Ti調(diào)為最大值，即MATLAB中I參數(shù)為0，微分時(shí)間常數(shù)TD調(diào)為零，比例帶δ為較大值，即MATLAB中K為較小值。B.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應(yīng)，系統(tǒng)衰減比為10：1時(shí)，階躍響應(yīng)如下圖：參數(shù)：K1=9.8，Ti=無窮大，TD=0經(jīng)觀測，此時(shí)衰減比近似10：1，周期Ts=14s，K=9.8C．根據(jù)衰減曲線法整定計(jì)算公式，得到PID參數(shù)：K1=9.8*5/4=12.25，取12；Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）；TD=0.4Ts=5.6s.使用以上PID整定參數(shù)得到階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線可以初步看出，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善?，F(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。A．保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=16，Ti=16.8，TD=5.6參數(shù)：K1=20，Ti=16.8，TD=5.6比較不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著K的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。B．保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=10，TD=5.6參數(shù)：K1=12，Ti=1，TD=5.6比較不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。C．保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=8.6參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=11.6比較不同D參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，而且隨著D參數(shù)的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，衰減率增大，振蕩頻率增大。現(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的仿真框圖如下：階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線，并與無干擾時(shí)的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大，在干擾作用時(shí)，很難穩(wěn)定下來，出現(xiàn)了長時(shí)間的小幅震蕩，由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，考慮串級控制。2）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的MATLAB仿真框圖如下（有噪聲）：當(dāng)無噪聲時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下圖所示：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.3比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應(yīng)可知，串級控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，大大縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間?，F(xiàn)向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P條件下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.5參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.0參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.5觀察以上曲線可知，當(dāng)副回路控制器，調(diào)節(jié)時(shí)間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)了，在干擾作用下，當(dāng)增益相同時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小。可以取得令人滿意的控制效果。6.設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié)1）通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)會了系統(tǒng)建模的一般步驟，掌握了分析簡單系統(tǒng)特性的一般方法，并對系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、控制對象等各個(gè)部分有了更加直觀的認(rèn)識。2）基本掌握了簡單系統(tǒng)模型的PID參數(shù)整定方法，對PID調(diào)節(jié)器中的P、I、D各個(gè)參數(shù)的功能、特性有了更加深刻的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，很多內(nèi)容印象非常深刻。3通過仿真驗(yàn)證了串級控制對干擾的強(qiáng)烈抑制能力，仿真過程中也熟悉了控制系統(tǒng)中MATLAB仿真的基本方法，相信對以后的學(xué)習(xí)會有所幫助。4）從設(shè)計(jì)內(nèi)容來講，或許學(xué)習(xí)的是僅僅過程控制，學(xué)習(xí)的僅僅是MATLAB的操作，但設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)思想，到研究方法，再到結(jié)論總結(jié)都培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)研究能力，這也許更重要。二○一一～二○一二學(xué)年第一學(xué)期信息科學(xué)與工程學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì)報(bào)告書姓名：王芬學(xué)號：202101145036班級：自動(dòng)化0805課程名稱：過程控制與集散系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：程磊2021年12月5日雙容水箱液位流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)題目雙容水箱液位流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)如圖1所示的兩個(gè)大容量水箱。要求水箱2水位穩(wěn)定在一定高度，水流量經(jīng)常波動(dòng)，作為擾動(dòng)量存在。試針對該雙容水箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)液位流量串級控制方案。圖1系統(tǒng)示意圖三、設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C(jī)理法建模和測試法建模兩種，機(jī)理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機(jī)理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學(xué)描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實(shí)際情況對其輸入輸出進(jìn)行某些數(shù)學(xué)處理得到，測試法建模一般較機(jī)理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計(jì)而言，由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機(jī)理法建模。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；主被控對象（水箱2水位）傳遞函數(shù)W1=1/(100s+1,副被控對象（流量）傳遞函數(shù)W2=1/(10s+1。檢測對象特性：Gm1（S）=1/（0.1S+1）（液位傳感器）；Gm2（S）=1/（0.1S+1）（流量傳感器）?？刂破鳎篜ID；執(zhí)行器：控制閥；干擾信號：在系統(tǒng)單位階躍給定下運(yùn)行10s后，施加均值為0、方差為0.01的白噪聲。為保持水箱2液位的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中采用閉環(huán)系統(tǒng)，將水箱2液位信號經(jīng)水位檢測器送至控制器（PID），控制器將實(shí)際水位與設(shè)定值相比較，產(chǎn)生輸出信號作用于執(zhí)行器（控制閥），從而改變流量調(diào)節(jié)水位。當(dāng)對象是單水箱時(shí)，通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達(dá)到比較好的效果，系統(tǒng)也將有較好的抗干擾能力。該設(shè)計(jì)對象屬于雙水箱系統(tǒng)，整個(gè)對象控制通道相對較長，如果采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)水箱2有干擾時(shí)，此干擾經(jīng)過控制通路傳遞到水箱2，會有很大的延遲，進(jìn)而是控制器響應(yīng)滯后，影響控制效果，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果干擾頻繁出現(xiàn)，無論如何調(diào)整PID參數(shù)，都將無法得到滿意的效果?？紤]到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負(fù)反饋，檢測水箱1流量，將流量信號傳至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模，系統(tǒng)框圖如下：雙容水箱單閉環(huán)實(shí)施方案圖如下圖在無干擾情況下，整定主控制器的PID參數(shù)，整定好參數(shù)后，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察各參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響；然后加入干擾（白噪聲），比較有無干擾兩種情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。然后，加入副回路、副控制器，在有無干擾的情況下，比較單回路控制、串級控制系統(tǒng)性能的變化，串級控制系統(tǒng)框圖如下：雙容水箱液位流量串級系統(tǒng)實(shí)施方案圖如圖四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1）單回路PID控制的設(shè)計(jì)MATLAB仿真框圖如下（無干擾）：先對控制對象進(jìn)行PID參數(shù)整定，這里采用衰減曲線法，衰減比為10:1.A、將積分時(shí)間Ti調(diào)為最大值，即MATLAB中I參數(shù)為0，微分時(shí)間常數(shù)Td調(diào)為0，比例帶δ為較大值，即MATLAB中K為較小值。B、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應(yīng)，系統(tǒng)衰減比為10:1時(shí)，階躍響應(yīng)如下圖：經(jīng)觀測，此時(shí)衰減比近似10:1，周期Ts=34s，K=40C、根據(jù)衰減曲線法整定計(jì)算公式，得到PID參數(shù)：K1=40*5/4=50，取50；Ti=1.2Ts=68s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.01），Td=0.4Ts=27.2s使用以上PID整定參數(shù)得到階躍響應(yīng)曲線如下：觀察以上曲線可以初步看出，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善?，F(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。A、保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：比較不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著K的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。B、保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：比較不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。C、保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：比較不同D參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著D參數(shù)的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差減小，衰減率增大，震蕩頻率增大?，F(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的仿真框圖如下：階躍響應(yīng)曲線如下：觀察以上曲線，并與無干擾時(shí)的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大，在干擾作用時(shí)，很難穩(wěn)定下來，出現(xiàn)了長時(shí)間的小幅震蕩，由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，考慮串級控制。2）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主控制器的選擇：主被控變量（液位）是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍很小，一般要求無余差，所以主控制器應(yīng)選用PI控制規(guī)律副被控變量的設(shè)置是為了保證主被控變量的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，提高控制質(zhì)量，可以允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有一定的余差，因此副控制器可以采用P控制規(guī)律，因?yàn)橹饕獮榱颂岣唔憫?yīng)速度在工程實(shí)踐中，串及控制系統(tǒng)常用的整定的方法有以下三種:逐步逼近法，兩步整定法，一步整定法。本設(shè)計(jì)采用一步整定法一步整定法就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定副控制器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，具體的方法是：（1）在工況穩(wěn)定，系統(tǒng)純?yōu)楸壤饔玫那闆r下，根據(jù)K02/δ2=0.5這一關(guān)系式，通過副過程放大系數(shù)K02，求取副調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)δ2或按經(jīng)驗(yàn)選取，并將其設(shè)置在副回路調(diào)節(jié)器上。（2）按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，（3）改變給定值，觀察被控量的相應(yīng)曲線，根據(jù)主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1和副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K2匹配原理，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使主參數(shù)品質(zhì)最佳。（4）如果出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調(diào)節(jié)器的比例度δ或增大積分時(shí)間常數(shù)T1，就可得到改善對于該溫度串級控制系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)，主、副控制器的增益可以相互匹配，根據(jù)下表，可以大致確定副控制器比例帶和增益Kc2根據(jù)題目要求先選擇Kc2=3.5然后在副回路已經(jīng)閉合的情況下按單回路控制器參數(shù)整定方法整定主控制器，本方案采用10：1衰減曲線法整定，衰減曲線法是在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動(dòng)觀察輸出響應(yīng)衰減過程，直道10：1衰減過程為止，這是的比例度為10：1衰減比例度用δs表示，相鄰兩波峰間的距離稱為10：1衰減周期TS，根據(jù)δs和TS，再由下表的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器的預(yù)整定的參數(shù)值系統(tǒng)的MATLAB仿真框圖如下（有噪聲）：當(dāng)無噪聲時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下圖所示：比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應(yīng)可知，串級控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，大大縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間?，F(xiàn)向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P、I條件下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：P=20I=1P=45I=2觀察以上曲線可知，當(dāng)副回路控制器，調(diào)節(jié)時(shí)間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)了，在干擾作用下，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小?？梢匀〉昧钊藵M意的控制效果。五、設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)會了系統(tǒng)建模的一般步驟，掌握了分析簡單系統(tǒng)特性的一般方法，并對系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、控制對象等各個(gè)部分有了更加直觀的認(rèn)識?；菊莆樟撕唵蜗到y(tǒng)模型的PID參數(shù)整定方法，對PID調(diào)節(jié)器中的P、I、D各個(gè)參數(shù)的功能、特性有了更加深刻的認(rèn)識，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，很多內(nèi)容印象非常深刻。通過仿真驗(yàn)證了串級控制對干擾的強(qiáng)烈抑制能力，仿真過程中也熟悉了控制系統(tǒng)中MATLAB仿真的基本方法，相信對以后的學(xué)習(xí)會有所幫助。從設(shè)計(jì)內(nèi)容來講，或許學(xué)習(xí)的僅僅是過程控制，學(xué)習(xí)的僅僅是MATLAB的操作，但設(shè)計(jì)過程中，從設(shè)計(jì)思想，到研究方法，再到結(jié)論總結(jié)都培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)研究能力，這也許更重要。再有，之前學(xué)習(xí)的都是課本知識，只是學(xué)習(xí)給你一個(gè)系統(tǒng)然后怎么分析，而課程設(shè)計(jì)則是一個(gè)綜合過程，需要分析系統(tǒng)性能要求，同時(shí)也要考慮實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程，在做的過程中我就遇到了疑惑，就是在副回路的取哪的流量構(gòu)成閉環(huán)，不知是在水箱1,2間還是在水箱1之前的管道取流量，為此我問了兩個(gè)老師，才終于知道了，就算我們分析系統(tǒng)時(shí)還有一定的能力，可是動(dòng)手能力還是比較欠缺的?，F(xiàn)在就快要參加工作了，那就是實(shí)干，所以通過本次課程設(shè)計(jì)，讓我對之前學(xué)的知識能運(yùn)用到實(shí)際工作中，雖然遇到了問題，但通過老師的幫助還是解決了，這是比較好的學(xué)習(xí)過程。實(shí)驗(yàn)三水箱液位串級控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2、掌握串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)的整定方法3、研究階躍擾動(dòng)分別作用于副對象和主對象時(shí)對系統(tǒng)主控制量的影響二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3、萬用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理圖5-1液位串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖本實(shí)驗(yàn)為水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主、副兩個(gè)回路組成。每一個(gè)回路中都有一個(gè)屬于自己的調(diào)節(jié)器和控制對象，即主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，作為系統(tǒng)的被控對象，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，它的輸出是一個(gè)輔助的控制變量。本系統(tǒng)控制的目的不僅使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，且在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的被控制量等于給定值，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)于副回路時(shí)，由于主對象的時(shí)間常數(shù)大于副對象的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)被控制量（下水箱的液位）未作出反映時(shí)，副回路已作出快速響應(yīng)，及時(shí)地消除了擾動(dòng)對被控制量的影響。此外，如果擾動(dòng)作用于主對象，由于副回路的存在，使副對象的時(shí)間常數(shù)大大減小，從而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。圖5-1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖5-2為相應(yīng)控制系統(tǒng)的方框圖。圖5-2液位串級控制系統(tǒng)的方框圖四、實(shí)驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)處理按照實(shí)驗(yàn)圖接線，打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，將主控儀表設(shè)置為“手動(dòng)”，并將輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值。合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少主調(diào)節(jié)器的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值，且中水箱液位也穩(wěn)定于某一值（此值一般為3～5cm，以免超調(diào)過大，水箱斷流或溢流）。設(shè)定智能儀表的參考參數(shù)：調(diào)節(jié)儀1：P=20;I=60;D=0;Sn=33;CF=0;ADDR=1;SV=8；diH=50;dil=0;調(diào)節(jié)儀2：P=50;I=0;D=0;Sn=32;CF=8;ADDR=2;diH=50;dil=0;當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)候，記錄曲線為水箱液位第一次達(dá)到最大值的數(shù)據(jù)：水箱液位第一次達(dá)到最小值的數(shù)據(jù)：水箱液位第二次達(dá)到最大值的數(shù)據(jù)：水箱液位第二次達(dá)到最小值的數(shù)據(jù)：水箱液位第三次達(dá)到最大值的數(shù)據(jù)：水箱液位第三次達(dá)到最小值的數(shù)據(jù)：水箱液位達(dá)到穩(wěn)定時(shí)候的數(shù)據(jù)：經(jīng)過一段時(shí)間穩(wěn)定后，增加擾動(dòng)向中水箱增加擾動(dòng)記錄的曲線為：當(dāng)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的時(shí)候停止向下水箱加擾動(dòng)開大下水箱閥門當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候記錄的曲線為：當(dāng)趨于穩(wěn)定的時(shí)候增加設(shè)定值1既SV=9記錄的曲線為：五、總結(jié)時(shí)間附錄：15.15開始朝中水箱加變頻器干擾.15.23停止中水箱變頻器干擾.15.30開始朝下水箱加變頻器干擾.干擾為25HZ最大值13.115.36加大下水箱閥門開度16.20取消變頻干擾(下和水箱排水開度16.26達(dá)到穩(wěn)定值16.27增加設(shè)定值116.36達(dá)到穩(wěn)定由上述實(shí)驗(yàn)證明了串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：A、改善了過程的動(dòng)態(tài)特性B、能及時(shí)克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力C、提高了系統(tǒng)的魯棒性D、具有一定的自適應(yīng)能力下水箱液位前饋反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)前饋-反饋控制的原理。2、了解前饋-反饋控制的特點(diǎn)。3、掌握前饋-反饋控制的設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備A3000-FS/FBS現(xiàn)場系統(tǒng)，任意控制系統(tǒng)。三、實(shí)驗(yàn)原理1、控制原理前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時(shí)，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者抵消與被調(diào)量發(fā)生偏差之前。因此，前饋調(diào)節(jié)對干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是開環(huán)控制。其控制效果需要通過反饋加以檢驗(yàn)。前饋控制器在測出擾動(dòng)之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。如果沒有反饋控制，則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動(dòng)作用。如圖6-12所示。設(shè)法保持下水箱液位，是用兩個(gè)水泵注水。圖6-12前饋－反饋控制系統(tǒng)原理圖如果支路一出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過流量計(jì)測量之后，測量得到干擾的大小，然后在第二個(gè)支路通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償。而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。如果沒有反饋，就是開環(huán)控制，這個(gè)控制是有余差的。增加反饋通道，使用PI進(jìn)行控制，如圖6-12所示。我們按照參考書上的內(nèi)容，進(jìn)行了部分簡化。前饋控制不考慮控制通道與對象通道延遲，則根據(jù)物料平衡關(guān)系，簡單的前饋控制方程為：Qu=dF。也就是兩個(gè)流量的和保持穩(wěn)定。但是有兩個(gè)條件，一是準(zhǔn)確知道第一個(gè)支路的流量，二是準(zhǔn)確知道調(diào)節(jié)閥開度與流量對應(yīng)關(guān)系，如圖6-13所示：調(diào)節(jié)閥輸入（%）調(diào)節(jié)閥輸入（%）1#，2#流量（%）圖6-13調(diào)節(jié)閥開度與流量比例關(guān)系2、測量與控制端連接表測量或控制量測量或控制量標(biāo)號使用控制器端口渦輪流量計(jì)FT101AI0下水箱液位LT103AI1電磁流量計(jì)FT102AI2調(diào)節(jié)閥FV101AO0說明：電磁流量計(jì)可能為渦輪流量計(jì)。3、實(shí)驗(yàn)方案被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥，控制量是支路2流量，控制目標(biāo)是下水箱液位。首先實(shí)現(xiàn)前饋控制，通過測量支路1、2流量，控制調(diào)節(jié)閥，使得支路2流量變化跟蹤支路1流量變化。然后實(shí)現(xiàn)反饋控制，通過測量水箱液位，控制調(diào)節(jié)閥，從而把前饋控制不能修正的誤差進(jìn)行修正。4、參考結(jié)果在前饋-反饋控制下的加法器系數(shù)取不同值時(shí)的控制曲線如圖6-14—6-17所示：圖6-14=0時(shí)前饋－反饋控制曲線圖6-15=1時(shí)前饋－反饋控制曲線圖6-16=2時(shí)前饋－反饋控制曲線圖6-17=3時(shí)前饋－反饋控制曲線四、實(shí)驗(yàn)要求1、設(shè)計(jì)前饋－反饋控制系統(tǒng)。2、經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，獲得最佳的控制效果，并通過干擾來驗(yàn)證。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、在A3000-FS上，打開手動(dòng)調(diào)節(jié)閥JV104、JV103，1#電磁閥，JV201、JV206。其余閥門關(guān)閉。2、按照測量與控制列表進(jìn)行連線：在A3000-CS上，電磁流量計(jì)輸出端連接到AI2；渦輪流量計(jì)輸出端連接AI0；下水箱液位連接到AI1；AO0連接到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(FV101)。3、打開A3000電源。4、在A3000-FS上，啟動(dòng)左邊水泵和右邊水泵。左邊水泵使用變頻器控制。5、首先測量調(diào)節(jié)閥開度和流量關(guān)系。給出不同的開度電流，觀察電磁流量計(jì)的數(shù)值。6、計(jì)算關(guān)系函數(shù)，加入控制軟件中。7、開始前饋-反饋控制。啟動(dòng)上位機(jī)，設(shè)置控制器參數(shù)，設(shè)置前饋系數(shù)，記錄其實(shí)時(shí)曲線。8、通過變頻器改變左邊支路水流量，觀察并記錄控制曲線的變化。9、反復(fù)進(jìn)行操作8，并修正值參數(shù),并將其同調(diào)節(jié)閥開度與流量對應(yīng)關(guān)系做比較，得出最佳參數(shù)。六、思考問題分析前饋－反饋控制與串級控制的區(qū)別，優(yōu)缺點(diǎn)。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交1、通過抓圖方法，提交獲得的曲線。2、給出最佳控制參數(shù)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題目：水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：吳云鵬學(xué)號：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：測控指導(dǎo)教師：李20216711223108-2班剛助教水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要液位是工業(yè)工程中的常見變量，在各種過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛。例如在食品加工、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，通常需要使用蓄液池，而蓄液池中的液位需要維持一定的高度，既不能太滿溢出造成危險(xiǎn)，也不能過少而無法滿足生產(chǎn)需求。因此液位高度是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用合適的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果。本文以實(shí)驗(yàn)室自制的雙容水箱作為液位控制研究對象，通過上位機(jī)、研華的PCI-1710L板卡、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力液位變送器組成的控制系統(tǒng)和壓力液位變送器、變頻器、水泵組成的控制系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了單容水箱的遠(yuǎn)程控制和就地控制，并在文章最后理論性的闡述了雙容水箱的控制方法。設(shè)計(jì)中以組態(tài)軟件--組態(tài)王為開發(fā)工具，開發(fā)了系統(tǒng)的監(jiān)視與控制界面，并且自己編程實(shí)現(xiàn)PID控制程序，使系統(tǒng)具備了對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視功能、歷史數(shù)據(jù)的歸檔功能、異常信號的報(bào)警功能以及現(xiàn)場操作的指導(dǎo)功能。關(guān)鍵詞：水箱液位；PID控制；組態(tài)王；變頻器；ThedesignofthetanklevelcontrolsystemAbstractTheliquidlevelisoneofthecommonvariablesinIndustrialEngineering,theprocesscontrolismoreandmorewidelyused.Forexample,intheproductionprocessoffoodprocessing,filteringsolution,chemicalproductionandotherindustries,liquidstoragetankisusuallyused,andmakingtheliquidlevelofliquidstoragetankatacertainheightisveryimportant,neithertoooverflowtorisknortooshortnottomeettheproductiondemand.Therefore,theheightofliquidlevelintheindustrialcontrolprocessisoneoftheimportantparameters,especiallyinthedynamiccondition.Ifadopttheappropriatemethodforthecontroloftheliquidleveldetection,wecangetgoodeffect.Theresearchobjectisbasedontheself-madedoubletanklevelcontrolsystem,throughthehostcomputer,theAdvantechPCI-1710Lcard,theelectriccontrolvalve,thepressureliquidleveltransmitter,thefrequencyconverterandthewaterpumpwegettwodifferentkindsofthecascadecontrolsystemforthesinglewatertankoftheliquidlevelcontrol,respectivelyrealizedtheeffectoftheremotecontrolandlocalcontrol.Andatlast,thisarticleexpoundsthetheoryofdoublewatertankcontrolmethod.Choosethedesignofconfigurationsoftware–Kingviewfordevelopmenttools,wehavehadthedevelopmentofthesystemtomonitorandcontrolinterface,andalsohaveprogrammedPIDcontrolproceduresthatmadethesystemhasafieldprocessdata,dynamicmonitoringhistoricaldataarchivingfunction,abnormalsignalofthealarmfunctionandtheguidancefunctionoftheon-siteoperation.Keywords:Tanklevel;PIDcontrol;Kingview;Frequencyconverter;目錄摘要.................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II第一章緒論..................................................................................................................11.1選題背景及意義..............................................................................................11.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀.............................................................................21.3本文的主要工作.............................................................................................3第二章控制對象及算法簡介......................................................................................52.1被控制變量的選擇..........................................................................................52.2執(zhí)行器的選擇.................................................................................................52.3壓力液位變送器的選擇.................................................................................52.4研華板卡PCI-1710L簡介...............................................................................62.4.1模擬量輸入連接....................................................................................82.5PID控制算法概述............................................................................................92.5.1PID控制器的應(yīng)用與發(fā)展......................................................................92.5.2PID算法類型[1].....................................................................................102.5.3PID兩種控制方式................................................................................11第三章基于組態(tài)王的單容水箱液位控制系統(tǒng)........................................................133.1組態(tài)王簡介[8].................................................................................................133.1.1組態(tài)王軟件的組成..............................................................................133.1.2制作工程的一般步驟.........................................................................143.1.3組態(tài)王與外部設(shè)備通信.....................................................................143.2控制方案選取................................................................................................153.3上位機(jī)組態(tài)軟件的開發(fā)...............................................................................163.3.1監(jiān)控畫面..............................................................................................163.3.2構(gòu)造數(shù)據(jù)庫..........................................................................................173.3.3數(shù)據(jù)通信..............................................................................................193.3.4命令語言的編寫.................................................................................203.3.5實(shí)時(shí)曲線.............................................................................................213.3.6歷史報(bào)警查詢[11].................................................................................213.3.7歷史曲線.............................................................................................233.4參數(shù)整定.......................................................................................................25第四章基于變頻器的單容液位控制系統(tǒng)................................................................264.1變頻調(diào)速基礎(chǔ)...............................................................................................264.2三菱通用變頻器FR-D700簡要介紹...........................................................274.2.1FR-D700簡介.....................................................................................274.2.2三菱變頻器FR-D740-1.5K-CHT常規(guī)介紹......................................284.2.3控制電路接線端極端子功能介紹.....................................................294.2.4操作面板及其功能介紹....................................................................314.3變頻器的作用...............................................................................................314.4控制系統(tǒng)調(diào)試...............................................................................................324.4.1操作步驟............................................................................................334.4.2參數(shù)整定............................................................................................33第五章雙容水箱液位控制系統(tǒng)................................................................................355.1串級控制........................................................................................................355.1.1串級控制概念....................................................................................355.1.2水箱液位控制方法............................................................................365.1.4串級控制的特點(diǎn)................................................................................365.2串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)...................................................................................365.2.1變量的選擇........................................................................................365.2.2主副控制器的控制規(guī)律.....................................................................375.2.3主副控制器正反作用的選擇............................................................375.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用............................................................................385.4本章小結(jié).......................................................................................................38總結(jié)..............................................................................................................................39參考文獻(xiàn)......................................................................................................................40附錄..............................................................................................................................41致謝..............................................................................................................................43第一章緒論1.1選題背景及意義液位是工業(yè)生產(chǎn)過程控制中很重要的被控變量。工業(yè)生產(chǎn)中的潤滑油、冷卻水、調(diào)速油、油質(zhì)加工、液態(tài)燃料供應(yīng)、廢油凈化、溶液加工與傳輸?shù)葓龊?，常需對容器中液位進(jìn)行有效可靠的控制，否則將不能使液體循環(huán)系統(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行。另外，在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的損失?？梢?，在實(shí)際生產(chǎn)中，液位控制的準(zhǔn)確程度和控制效果直接影響工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益甚至設(shè)備的安全系數(shù)。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進(jìn)的液位控制方法和策略。工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位系統(tǒng)通常是時(shí)變的，具有明顯的滯后特性。在熱工生產(chǎn)與傳輸質(zhì)量或能量的過程中，存在著各種形式的容積和阻力，加上對象多具有分布參數(shù)，好像被不同的阻力和容積相互分隔著一樣。生產(chǎn)實(shí)際中的被控對象往往是由多個(gè)容積和阻力構(gòu)成的多容對象。兩個(gè)串連的單容對象構(gòu)成的雙容對象就比較典型。人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位的控制問題，因此液位是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，需要對液位的相關(guān)變量進(jìn)行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證生產(chǎn)的質(zhì)量和安全。液位的變化不但受到過程控制過程中內(nèi)部干擾的影響，也受到外部的各種干擾的影響，而且影響液位變化的干擾一般不止一個(gè)，在過程控制中的