南京工程學(xué)院_自動控制_課設(shè)論文--水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)物調(diào)試(文件)
【正文】 K 閥體流量比例系數(shù) 10 12 0h 水箱初始液位高度（ m ） 2 A 水箱截面積（2m ） 10 1 2 可借 助 Simulink 搭建系統(tǒng)的仿真模型，先對系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)分析，得出相關(guān)結(jié)論，然后引出閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，決定采用何種控制器。 分步驟實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的 PID 校正，分別進(jìn)行比例控制 (P)校正，比例微分 (PD)控制校正、比例積分 (PI)控制校正和比例積分 微分 (PID)校正。 水箱液位控制系統(tǒng)圖 圖 1 中，進(jìn)水口的閥門由一個調(diào)節(jié)器控制，以保持水位不變 ，出口處的閥門由外部操縱，可將其看成一個擾動量。 （ 2）加比例積分控制環(huán)節(jié)（ PI）校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 圖 9 加 PI 校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的階躍輸出響應(yīng) 13 圖 10 PI 校正環(huán)節(jié)的根軌跡圖和伯德圖 圖 11 PI 校正環(huán)節(jié)的參數(shù) 14 由圖可知，此時系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：1 0 . 7 8 3 0 . 7 4 6( ) 3 0 . 7 4 6 2 3 . 9 8 1 8 8c sGs ss?? ? ? ? 23 .98 18 8, 30 .74 6piKK?? 將以上參數(shù)帶入系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖，觀察輸出波形： 圖 12 結(jié)構(gòu)框圖中的 PI 參數(shù) 將 sisotool 中得到的 PI 參數(shù)帶入結(jié)構(gòu)框圖后，根據(jù)飽和特性前示波器的顯示和最終的階躍響應(yīng)曲線共同分析，并考慮最優(yōu)曲線，調(diào)節(jié)飽和特性 參數(shù)，最終得到在如下參數(shù)時，階躍響應(yīng)曲線可以很好的滿足系統(tǒng)的各種性能要求。故一般選擇比例積分環(huán)節(jié)作為校正環(huán)節(jié)可以達(dá)到最佳校正效果。 可見，用 PID 調(diào)節(jié)也可達(dá)到設(shè)計要求，但從 PID 參數(shù)可知，與 ,piKK相比，dK 很小，微分作用十分微弱，基本可以忽略，相當(dāng)于 PI 校正。 設(shè)計原理 22 Ug PIDUf功率放大 水泵?液位測量 Uo圖 27 水 箱液位控制系統(tǒng)框圖 水箱液位控制系統(tǒng)框圖如圖 27 所示，由給定、 PID 調(diào)節(jié)器、功率放大、水泵、液位測量和輸出電壓反饋電路組成。 液位測量通過檢測有機(jī)玻璃水箱的水壓，轉(zhuǎn)換成電壓信號作為 電壓反饋信號，水泵的水壓為 0～ 6Kpa，輸出電壓為 0～ 10V，這里由于水箱的高度受實(shí)驗臺的限制，所以調(diào)節(jié)壓力變送器的量程使得水位達(dá)到 250mm 時壓力變送器的輸出電壓為 5V。參考的試驗參數(shù)為： R0=R1=R2=100K?， R3=10K?， R4=2M?， R5=510K?， C1=1?F， Rf/Ri=1。 （ 1）將 ACCTII 面板上 U1 單元的可調(diào)電 壓接到 Ug； （ 2）給定輸出接 PI 調(diào)節(jié)器的輸入，這里參考電路中 Kd=0， R4 的作用是提高 PI 調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性。 3．連接好上述線路，全面檢查線路后，先合上 ACCTIII 實(shí)驗面板上的電源船形開關(guān)，再合上 ACCTII 面板上的船形開關(guān)，調(diào)整 PI 參數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，同時觀測輸出電壓變化情況。 測量結(jié)果 （ 1） 未加擾動時水箱液位系統(tǒng)的自動控制 24 試驗條件：輸入信號為 +5V 穩(wěn)定電壓； 0 102RK??, 1 102RK??, 2 102RK??, 3 100RK??, 4 ??, 101iRK??，102fRK??， 1fiRR? ； 水箱 出水閥門緊閉。 ，上升時間明顯變長 29 （ 1） 在單純的比例環(huán)節(jié)中，增大比例系數(shù)可以增大系統(tǒng)的靈敏度，但會增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 （ 2） 采用 PI 控制后， pK 增大系統(tǒng)的靈敏度，并減小系統(tǒng)超調(diào)量，積分環(huán)節(jié)可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但會增大系統(tǒng)超調(diào) （ 3） 在 PID 調(diào)節(jié)控制中，由于微分作用的加入，可以很大的減小系統(tǒng)的響應(yīng)時間和穩(wěn)態(tài)誤差 （ 4） 在其他條件不變時，會使上升時間明顯增加 （ 5） 與開環(huán)控制相比，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)可以使整個系統(tǒng)工作在相對穩(wěn)定的狀態(tài)，以達(dá)到工業(yè)自動控制的要求 [1]薛定宇 .反饋控制系統(tǒng)設(shè)計與分析 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,20xx. [2]飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心 .MATLAB 7 輔助控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. [3]胡壽松 .自動控制原理 .4 版 .北京 :科學(xué)技術(shù)出版社 ,20xx. [4]白繼平，徐德輝 . 基于 MATLAB 下的 PID 控制仿真【 J】 .中國航海， 20xx（ 4）：7780. [5]徐亞飛，劉官敏，高國章等 .溫箱溫度 PID 與預(yù)測控制 [J].武漢理工大學(xué)學(xué)報 .(28):554557. [6]張波 .“水箱系統(tǒng) ”液位控制的仿真研究 [J].自動化與儀器儀表 ,20xx(2):6466. 。 25 Ⅱ .純積分環(huán)節(jié) ① C=1 F? ， 5 510RK??， 5 R C s?? 圖 31 階躍響應(yīng)曲線 ② C=10 F? ， 5 510RK??, 5 R C s?? 圖 32 階躍響應(yīng)曲線 可見，水位的上升時間會因為電容不同而變化，電容增大則上升時間縮短 Ⅲ .比例積分環(huán)節(jié) C=10 F? ， 5 330RK??， 53330 3 .3100P RK R? ? ?， 5 R C s?? 26 圖 33 階躍響應(yīng)曲線 通過上圖的上升階段比較可以明顯看出，在開始時比例環(huán)節(jié)起著較強(qiáng)的作用，水位上升的趨勢非常明顯，但當(dāng)水位趨于給定值時，比例環(huán)節(jié)作用減弱，積分環(huán)節(jié)作用加強(qiáng)，系統(tǒng)誤差受到積分環(huán)節(jié)的控制與影響。如達(dá)不到，則根據(jù) PI 參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響重新調(diào)節(jié) PI 參數(shù)。 （ 4） 液位測量 的輸出 的正極接到 ACCTII 面板上的反饋回路 ，由于 液位 輸出的電壓為正值，所以反饋回路中接一個反饋系數(shù)可調(diào)節(jié)的反相器。 2．利用 ACCTII 實(shí)驗板上的單元電路設(shè)計并連接如圖 28 所示的閉環(huán)系統(tǒng)。 設(shè)計內(nèi)容及步驟 設(shè)計的接線圖如圖 28 所示，除了實(shí)際的模擬對象、電壓表和轉(zhuǎn)速計表外，其中的模擬電路由 ACCTII 自動控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗板上的運(yùn)放單元和備用元器件搭建而成。 給定 Ug 由 ACCTII 自動控制理論及計算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)驗面板上的電源單元 U1 提供，電壓變化范圍為 ～ 15V。 PI 校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 3 0 .7 4 6( ) 2 3 .9 8 1 8 8cGs s?? PI 參數(shù)為： 23 .98 18 8 , 30 .74 6piKK?? 硬件調(diào)試單元 設(shè)計目的 1．在自動控制理論實(shí)驗基礎(chǔ)上，控制實(shí)際的模擬對象，加深對
研究報告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1