【正文】 實現(xiàn) PID 控制的計算機(jī)系統(tǒng)等。 PID 控制規(guī)律為： ])()(1)([)(0 dttdeTdteTiteKptU t ??? ? 或以傳遞函數(shù)形式表示： y(t) + + r(t) r (t) 比例 P 積分 I 微分 D 被控對象 16 )11()( )()( T d sT iskpsE sUsG ???? 式中， KP:比例系數(shù) TI:積分時間常數(shù) TD:微分時間常數(shù) PID 控制器各控制規(guī)律的作用如下： （ 1）比例控制（ P）：比例控制是一種最簡單的控制方式。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 PID 控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類： 一是理論計算整定法。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時間 TI置于最大，微分時間 TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值，把系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，將調(diào)節(jié)器的比例度δ由大到小 逐漸減小，得到臨界振蕩過程，記錄下此時的臨界比例度δ k 和臨界振蕩周期 Tk。根據(jù)以下經(jīng)驗公式計算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù) 控制規(guī)律 δ TI TD P δ S PI S PID S 表 阻尼振蕩整定計算公式 若被控對象為一階慣性環(huán)節(jié)或具有很小的純滯后，則可根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程測量變送器階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計算。為了保證系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定程度，一般衰減率在 。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制副對象。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因為下水箱的液位是整個控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。但當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥突然斷電關(guān)斷時，后一種控制方式會造成長流水，導(dǎo)致水箱中水過多溢出，造成浪費或事故。主副回路時間常m2 m1 e1 c1 擾動 f1(t) e2 設(shè)定 值 R c2 擾動 f2(t) 主調(diào)節(jié)器 副調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 副對象 主對象 測量與 變送器 2 測量與 變送器 1 19 數(shù)之比應(yīng)在 3 到 10 之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過程特性。 控制系統(tǒng)仿真 通過 MATLAB 中的 SIMULINK 工具箱可以動態(tài)的模擬所的構(gòu)造系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，以控制框圖代替了程序的編寫，只需要選擇合適仿真設(shè)備，添加傳遞函數(shù)，設(shè)置仿真參數(shù)。副控制器 P參數(shù)為 KP=50，在初始點加 40點階躍輸入量觀察階躍響應(yīng)曲線。 21 圖 SIMULINK 仿真框圖 圖 MATLAB 加入副回路仿真曲線 圖 MATLAB 不加入副回路仿真曲線 22 圖 為加入副回路時的仿真曲線：圖 為切除副回路時的仿真曲線 . 由圖 和圖 對比可見，引入副回路組成雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)后能夠很好的 克服進(jìn)入副回路的擾動 ,及時消除擾動對主參數(shù)的影響 .在克服二次擾動方面串級控制比不加副回路的非串級控制好 。在實際的工程實踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識，掌握了實際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R與實際設(shè)計聯(lián)系起來，使對自動控制的理解上升到一個新的臺階。對于設(shè)計的兩種控制系統(tǒng)，可以做進(jìn)一步的改進(jìn)。在條件允許的情況下，采用更高精度的采集模塊。 首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。 最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)生涯中的無私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無法順利完成今天的學(xué)業(yè)。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護(hù)。 最后，我要特別感謝 我的導(dǎo)師劉望蜀 老師、 和研究生助教吳子儀 老師。在論文的撰寫過程中 老師們 給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點，使得論文能夠及時完成，這里一并表示真誠的感 謝。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記 憶。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中去。 其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了 設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。 在實際的工作崗位上，將要設(shè)計不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場的過程控制系統(tǒng)不同于實驗室中的控制系統(tǒng)的設(shè)計，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際情況進(jìn)行設(shè)計，將面臨遠(yuǎn)比實驗室復(fù)雜的多的現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計系統(tǒng)未必是最先 進(jìn)的 、 最現(xiàn)代化，但必須是有效 、 可行 、 可靠。同時上下水箱間的輸水閥和下水箱與總出水箱輸水閥的開度大小也會對液位的控制造成影響，應(yīng)當(dāng)考慮如何對他們進(jìn)行控制。特別是利用 SIMULINK 工具箱可以便捷地對不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過對 PID 控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對在設(shè)計控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題在計算機(jī)中進(jìn)行模擬，使對系統(tǒng)的設(shè)計方案更加明確。但是仿真曲線只是在計算機(jī)上通過對實際系統(tǒng)仿真得到的較理想的模擬曲線 .實際系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)場必須綜合考慮各方面的因素 ,不可能得到與計算機(jī)仿真一致的理想曲線和控制性能。 2．抗擾動能力 維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線 . 在 400s 經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為 70的擾動信號。 1. 階躍響應(yīng)性能 圖 SIMULINK 仿真框圖 通過手動切換開關(guān)（ Manual Switch）可以實現(xiàn)副回路的引入與切除，以了解副回路 對控制性能的影響 ,比較串級控制和非串級控制對雙容水箱液位的控制能力。 (4) 控制器的選擇 根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。 (3) 主副回路設(shè)計 為了實現(xiàn)液位串級控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 (2) 控制參數(shù)的選擇 從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。當(dāng)有擾動 f1(t)作用 于副對象時，副調(diào)節(jié)器能在擾動影響主控參數(shù)之前動作，及時克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動，當(dāng)擾動 f2(t)作用于主對象時，由于副回路的存在也應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，使主回路控制作用加強。 (4) 調(diào)節(jié)時間：從過渡過程開始到被控參數(shù)進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)值 5%— +5%范圍所需的時間 2．方案設(shè)計 設(shè)計建立的串級控制系統(tǒng)由主副兩個控制回路組成，每一個回路又有自己的調(diào)節(jié)器和控制對象。 1．控制系統(tǒng)性能指標(biāo) (1) 靜態(tài)偏差：系統(tǒng)過渡過程終了時的給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時間 TI置于最大，微分時間 TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值反復(fù)做給定值擾動實驗，并逐漸減少比例度，直至記錄曲線出現(xiàn) 4： 1 的衰減為止。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。由于實驗測定的過程數(shù)學(xué)模型只能近似反映過程動態(tài)特，理論計算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過工程實際進(jìn) 行調(diào)整和修改。特別對于有較大慣性或滯