【正文】 .......... ? 第一章 引言 .................................................................................................................................... 1 引言 ................................................................................................................................... 1 內(nèi)?？刂频陌l(fā)展現(xiàn)狀與前景 ................................................................................................ 1 本文的研究目的 .................................................................................................................... 2 該論文基于內(nèi)?？刂频?PID 在過程控制中的應(yīng)用研究的主要工作內(nèi)容和章節(jié)如下：................................................................................................................................................. 3 第二章 過程建模 ............................................................................................................................. 4 系統(tǒng)裝置簡介 ..................................................................................................................... 4 液位過程建模 ..................................................................................................................... 7 建立過程數(shù)學模型的目的 ......................................................................................... 7 過程數(shù)學模型的求取方法 ......................................................................................... 8 液位試驗建模 .......................................................................................................... 9 液位建模步驟 .......................................................................................................... 9 第三章 內(nèi)模控制原理及仿真研究 ................................................................................................... 11 內(nèi)?？刂破髟? ................................................................................................................ 11 IMCPID 原理 .......................................................................................................... 12 內(nèi)?？刂破髟O(shè)計 .................................................................................................................. 13 流量的串級控制設(shè)計 ................................................................................................. 14 基于內(nèi)?？刂频?PID 控制器設(shè)計 .............................................................................. 14 仿真研究 ............................................................................................................................ 16 第四章 液位過程控制系統(tǒng)實現(xiàn) ........................................................................................................ 17 控制系統(tǒng)軟硬件選型 ........................................................................................................... 17 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ............................................................................................................. 17 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) ............................................................................................................. 17 IMC 算法的 PLC 實現(xiàn) .......................................................................................................... 19 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ............................................................................................................... 19 IMC 算法的計算流程 .................................................................................................. 19 IMC 算法的 PLC 實現(xiàn) ................................................................................................. 20 第五章 總結(jié) .................................................................................................................................... 22 參考文獻 .......................................................................................................................................... 23 東南大學成賢學院畢業(yè)設(shè)計報告 1 第一章 引言 引言 內(nèi)?？刂剖?20 世紀 80 年代初由 Garcia c． E．和 Mohed M． 等人提 出的，其產(chǎn)生背景主要有兩個方面：一是為了對當時提出的兩種基于非最小化和非參數(shù)模型預測控制算法MAc 和 DMc 進行系統(tǒng)分析；其次是作為 sm 岫預估器的一種擴展，使系統(tǒng)設(shè)計更為簡便，魯棒性及抗干擾性大為改善。其控制過程在其它一些干擾條件的影響下，控制過程的模型參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)均會發(fā)生變化，因此采用常規(guī) PID控制器，以一組固定不變的 PID 參數(shù)去適應(yīng)被控過程參數(shù)變化、干擾等不確定因素顯然難以獲得滿意的效果 [2]。在其他的一些領(lǐng)域如非線性過 程的控制，大時滯過程的控制和魯棒性調(diào)節(jié)器的研究與控制都得到充分的發(fā)揮。內(nèi)?？刂剖欠治龊驮O(shè)計其他控制系統(tǒng)的有力助手，尤其是對于預測控制和PID 控制發(fā)揮著優(yōu)越的應(yīng)用。在過程工業(yè)控制中，普遍使用的調(diào)節(jié)器類型是 PID型。這二人對內(nèi)?？刂频男再|(zhì)和設(shè)計方法進行了深入的研究，分析了內(nèi)?？刂频姆€(wěn)定性和魯棒性兩大性質(zhì)。到目前為止內(nèi)模控制的基本原理和構(gòu)造框架已得到充分的研究和應(yīng)用，現(xiàn)在的內(nèi)模控制與其他的控制方法結(jié)合在一起，功能相互包含、相互滲透、相互依存，從而達到了最完美的控制效果，也使得內(nèi)?？刂频膬?yōu)勢得到了最充分的發(fā)揮。在工業(yè)過程控制中，采用內(nèi)?？刂瓶梢蕴岣?PID 控制器的設(shè)計水平。 在設(shè)計過程中各個環(huán)節(jié)都有一定的難度，其中所遇到的問題也是層出不窮， 最大的收獲是在解決問題的過程中所獲得的經(jīng)驗和使用的方法都會對以后的學習工作提供相當大的幫助。 第三章 仿真比較 PID控制及 IMC在液位過程控制中的動態(tài)與靜態(tài)性能，分析內(nèi)模控制設(shè)計方法的優(yōu)越性。重點討論采用試驗建模法建立液位控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。輸出與管道液體的壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的420mA標準電流信號。它的輸出信號為頻率，通過流量積算變送儀轉(zhuǎn)換為 420mA的電流信號輸出。 圖 24 HGK1型液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1： 測管道壓力的傳感器 2： 流量計 3： 電動閥 調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，根據(jù)所使用的能源 不同可分為 3種：以壓縮空氣為能源的為氣動調(diào)節(jié)閥；以電為能源的為電動調(diào)節(jié)閥；以高壓液體為能源的為液動調(diào)節(jié)閥。對象數(shù)學模型與真實控制對 象比較符合就能得到穩(wěn)定的階躍曲線，為了能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進行深入的學習，需要分別對控制系統(tǒng)和擾動通道進行數(shù)學建模，從而得到更完美的控制效果。 2）調(diào)試控制系統(tǒng)和參數(shù)修定 ──對被控對象特性的熟悉程度是調(diào)試和模擬仿真的保證。例如，預測控制、推理控制、前饋動態(tài)補償控制等都是在已知對象數(shù)學模型的基礎(chǔ)上才能進行的。 過程數(shù)學模型的 求取方法 一般來說，過程數(shù)學模型的求取方法如 [3]： (1)機理建模 ──機理建模是根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理，寫出各種有關(guān)的平衡方東南大學成賢學院畢業(yè)設(shè)計報告 8 程，如物料平衡方程、能量平衡方程、動量平衡方程、相平衡方程等，從而得到對象的數(shù)學模型。 這種應(yīng)用對象輸入輸出的實測數(shù)據(jù)來決定其模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的方法，通常稱為系統(tǒng)辨識。 由于該實驗裝置比較復雜，不易使用機理建模法求取過程的數(shù)學模型，故采用試驗法建模。通常取階躍信號值為正常輸入信號的 10%～ 15%，以不影響生產(chǎn)為準。在一次實驗后，必須使被控過程穩(wěn)定一 段時間再施加測試信號做第二次實驗。 液位建模步驟 本次試驗選取變頻器衡定頻率工 作，用來給整個系統(tǒng)提供水量。同時在上位機上定量記錄液位的實際值大小和對應(yīng)流量大小。等待液位穩(wěn)定。此時流量上升。 圖 25 實際液位曲線圖 東南大學成賢學院畢業(yè)設(shè)計報告 10 圖 26 實際流量曲線圖 圖 27 擬合 曲線 由上擬合曲線在 Matlable軟件上可以得出數(shù)學模型為 : Y= 1169X?? （ 1） 由（ 1）式可得： 放大系數(shù)（增益） K=150 mm min /L