【正文】 學(xué)模型為 （212） 3 PID調(diào)節(jié)及串級控制系統(tǒng) PID調(diào)節(jié)的各個環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。（3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其特點比例調(diào)節(jié)作用，一般用字母P來表示。純比例調(diào)節(jié)只能用于干擾較小、滯后較小，而時間常數(shù)又不太小的對象。由于它是在比例調(diào)節(jié)（粗調(diào)）的基礎(chǔ)上，有加上一個積分調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)），所以又稱再調(diào)調(diào)節(jié)或重定調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)實際中，有經(jīng)驗的工人總是既根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度大?。ū壤饔茫?，同時又根據(jù)偏差變化速度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于一個固定不變的偏差，不管其有多大，微分做用的輸出總是零，這是微分作用的特點。適當(dāng)選取這三個參數(shù)值，就可以獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。為了提高控制品質(zhì)，在單回路控制方案的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了串級控制系統(tǒng)。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。四、對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。 （2） 副回路的設(shè)計 由于副回路是隨動系統(tǒng)， 對包含在其中的二次擾動具有很強(qiáng)的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動通過主、副回路的調(diào)節(jié)對主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時應(yīng)盡可能把被控過程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動。 (3) 副被控過程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應(yīng)特性。 例如，圖1所示的以物料出口溫度為主被控參數(shù)、爐膛溫度為副被控參數(shù)，燃料流量為控制參數(shù)的串級控制系統(tǒng)，假定燃料流量和氣熱值變化是主要擾動，系統(tǒng)把該擾動設(shè)計在副回路內(nèi)是合理的。原則上，在設(shè)計中要保證主、副回路擾動數(shù)量、時間常數(shù)之比值在3～10之間。主調(diào)節(jié)器是定值控制，副調(diào)節(jié)器是隨動控制。 3) 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定 一個過程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負(fù)反饋，及其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。調(diào)節(jié)閥為氣開。根據(jù)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中介紹的閉合系統(tǒng)必須為負(fù)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計原則，即閉環(huán)各環(huán)節(jié)比例度乘積必須為正，故主調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器。整定步驟：擴(kuò)充比例度法整定數(shù)字PID控制器參數(shù)的步驟是：（1）預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期。逐漸減小比例度，即減小，直至系統(tǒng)對輸入的階躍信號的響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣），將這時的比例放大系數(shù)記為,臨界振蕩周期記為。、的值，計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù)、的值。[S1]：存放設(shè)定值（SV）的地址。[S3]+1：動作方向（ACT），BIT0：0為正動作，1為反動作。[S3]+3：比例增益（），1%32767%。[S3]+7至[S3]+19 PID運(yùn)算占用。[S3]+23：輸出變化量（減方）報警設(shè)定值，032767。 BIT3輸出變化量（減方）超出。X0PIDD0D1D100D150[S1]S2S3D PID指令的應(yīng)用 PID控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差(e)為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。數(shù)字計算機(jī)處理的算式如下：輸出= 比例項在數(shù)字計算機(jī)中，不保存所有的誤差項，實際上也不必要。其中： 是在采樣時間n時，回路輸出的計算值；是回路增益；是采樣時刻n的回路誤差值；是回路誤差的前一個數(shù)值(在采樣時刻n1)；是積分項的比例常數(shù)；是積分項的前一個數(shù)值(在采樣時刻n1)；是微分項的比例常數(shù)；一、回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化:。在回路輸出可以用于驅(qū)動模擬輸出之前，回路輸出必須轉(zhuǎn)換成一個16位的標(biāo)定整數(shù)值。輸出變量是由PID運(yùn)算產(chǎn)生的，所以在每一次PID運(yùn)算完成之后，需更新回路表中的輸出值， 。然后在每次PID運(yùn)算結(jié)束之后。手工調(diào)整積分項前值時，必須小心謹(jǐn)慎。 出水口閥3閥2電動調(diào)節(jié)閥壓力表閥1出水口閥6下水箱液位傳感器上水箱液位傳感器閥4進(jìn)水口溢水口溢水口儲水箱單向泵出水口進(jìn)水口 系統(tǒng)原理圖當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時，壓力變送器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。其中SP為給定信號，由用戶通過計算機(jī)設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號，經(jīng)過PLC的PID程序運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的模擬電信號后輸出到電動調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使水箱的液位保持設(shè)定值。上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾動較大，要保持上水箱下水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡單的單閉環(huán)反饋控制不能實現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級閉環(huán)反饋系統(tǒng)。主對象副對象執(zhí)行器PID1PID2A/DD/A主變送器副變送器A/DSP+————PVe 上下水箱控制方框圖在這里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是電動調(diào)節(jié)閥，依舊由PLC經(jīng)過PID算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個水箱的水位。在過程控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是比較重要的一個環(huán)節(jié)。系統(tǒng)中用到的液位變送器是浙江浙大中控自動化儀表有限公司生產(chǎn)的中控儀表SP0018G壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為010KPa，精度為 ，由24V直流電源供電，可以從PLC的電源中獲得，輸出為420mA直流。來自調(diào)節(jié)器的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號制式后，與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號比較，其信號差值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。來自PLC的模擬量輸出DC420mA信號Ii與位置反饋信號If進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號If。在系統(tǒng)中，PLC是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計的重要部分。上電X1開始X2檢測X3A/D轉(zhuǎn)換X4傳送X5PID調(diào)節(jié)X6D/A轉(zhuǎn)換X7循環(huán)X8重新啟動X9M1M2M3M4M5M6M7開始燈閃爍Y0輸入設(shè)定值Y1，并啟動水泵Y2上限報警Y3，下限報警Y4A/D轉(zhuǎn)換輸出Y5Y1與Y5進(jìn)行偏差計算輸出Y6進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出Y7D/A轉(zhuǎn)換輸出Y8閥門開度 上水箱流程圖5 運(yùn)行 上水箱液位比例調(diào)節(jié)，被調(diào)參數(shù)是上水箱的液位。當(dāng)輸入信號為階躍變化時，才用PI調(diào)節(jié)器的情況。+=tttt0000ttttt00000 PID階躍響應(yīng)實驗曲線圖6 結(jié)論通過本次畢業(yè)論文的創(chuàng)作，我知道了液位控制系統(tǒng)在生活中的重要性。致 謝本課題在選題及研究過程中得到李老師的悉心指導(dǎo)。感謝謝老師、王老師、程老師等對我的教育培養(yǎng)。與我一同工作的同志對本設(shè)計（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。老師為我提供了良好的研究條件，謹(jǐn)向各位同仁表示誠摯的敬意和謝忱。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對于前人以前的所做的液位控制系統(tǒng)本系統(tǒng)更加的人性化，可以隨時修改液位的設(shè)定值。 上水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié)對上水箱進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)進(jìn)行實驗。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的小于1時，（a）所示；當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的大于1時，（b）所示。它采用模塊化設(shè)計，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。電動調(diào)節(jié)閥還提供手動操作，它的上部有個手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時可進(jìn)行手動控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是QS智能型調(diào)節(jié)閥，所用到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動。執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。設(shè)計中涉及到液位的檢測和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。PID1為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。這里的擾動主要是水箱的出水閥的擾動，有時是認(rèn)為的因素，有時是機(jī)械