【正文】 ，劇烈變化對(duì)控制質(zhì)量有著嚴(yán)重的影響，可以設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)抑制擾動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量的影響。例如可測(cè)不可控干擾無(wú)法設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)抑制干擾。從整體效果來(lái)看，再次說(shuō)明控制系統(tǒng)能抑制較大的干擾，而且能快速響應(yīng)擾動(dòng)，控制效果好。 副回路進(jìn)水階躍干擾響應(yīng)曲線我們都知道，環(huán)境中有很多因素會(huì)干擾控制效果，也有很多通道會(huì)出現(xiàn)這種干擾，不同的擾動(dòng)造成的影響不同。為檢驗(yàn)系統(tǒng)是否有抗干擾能力，可以在控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)旁路干擾閥，不同開(kāi)度的旁路閥可以模擬不同的階躍擾動(dòng)。時(shí)效果比較好，從圖48所示：圖48 PID調(diào)節(jié)效果從圖可以看出，引入微分起到的效果并不太理想，所以可以不加微分，只用PI調(diào)節(jié)。從實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看可以不加微分作用就能滿足要求。 圖45 TI=104ms 圖46 TI=7104ms 圖47 TI=8104ms如圖45所示，當(dāng)，階躍響應(yīng)震蕩過(guò)于劇烈，由此可知積分作用太強(qiáng)，應(yīng)該減弱積分作用，所以應(yīng)增大。 圖43 KP=5控制效果 圖44 KP=18控制效果如圖4圖44所示為比例系數(shù)的整定過(guò)程，時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間太長(zhǎng)，為使響應(yīng)加快，需要增大比例作用，所以KP應(yīng)該增大。經(jīng)驗(yàn)湊試法（現(xiàn)場(chǎng)湊試法）是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器的參數(shù)放在某一數(shù)值上，直接在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過(guò)改變?cè)O(shè)定值施加擾動(dòng)，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線形狀，運(yùn)用、對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為依據(jù)，按規(guī)定的順序?qū)Ρ壤?、積分時(shí)間和微分時(shí)間逐個(gè)進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量．比例控制規(guī)律是最基本的控制規(guī)律。所謂最佳的控制效果，就是在某種質(zhì)量指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到的最佳調(diào)整狀態(tài)。 單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖如下 圖 41 單回路控制系統(tǒng)原理圖根據(jù)原理圖可以畫(huà)出對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)方框圖如下：液位變送器+PID控制器控制閥閥閥器液位_ 水箱圖42單回路控制系統(tǒng)的控制原理方框圖PID控制器是調(diào)節(jié)器，需要我們手動(dòng)設(shè)置參數(shù)，其傳遞函數(shù)為： ()調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，隨輸入信號(hào)增大通過(guò)水流量也增大。然后利用下式計(jì)算、。如圖3所示：圖36 副回路手動(dòng)模式給定階躍響應(yīng)曲線如圖36黃色曲線為上水箱液位高度曲線，同樣可以看出上水箱液位和副管道流量同樣滿足一階慣性環(huán)節(jié)。上水箱液位和進(jìn)水流量液位之間的模型為： ()但是上水箱液位時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流量的時(shí)間常數(shù)，即，所以模型可以近似為一階慣性模型： () 電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值h1=，進(jìn)水流量近似為階躍響應(yīng)，計(jì)算其幅值時(shí)可以把最大值和最小值換算成100%的階躍： ()重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h2=?？梢约僭O(shè)流量變化模型為： （） 一階非周期過(guò)程比較簡(jiǎn)單，只需確定放大系數(shù)及時(shí)間常數(shù)即可獲得傳遞函數(shù)模型。首先將閥的開(kāi)度設(shè)置為20%，然后通過(guò)調(diào)節(jié)上水箱進(jìn)水閥和出水閥使液位保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)調(diào)節(jié)。這里，液位L是被控變量（即輸出變量），進(jìn)料閥1為控制系統(tǒng)中的控制閥，它所控制的進(jìn)料流量是過(guò)程的控制輸入（即操縱量），出料流量是外部擾動(dòng)。液位變送器+PID控制器控制閥閥閥器液位_ 水箱圖31 水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖 這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。寫出前饋控制器參數(shù)的調(diào)試步驟，記錄與其對(duì)應(yīng)的6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（包括：過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），充分反映你的參數(shù)調(diào)試過(guò)程。?打開(kāi)副回路進(jìn)水閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）；并和（1）中?的控制質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，分析并說(shuō)明控制質(zhì)量變化的原因。要求寫出調(diào)試控制器參數(shù)的具體步驟。?控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)旁路干擾閥（3種開(kāi)度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義。要求在PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，按控制質(zhì)量從壞到好分別（P，PI，PID）記錄6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握PID控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）（上）液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?畫(huà)出此單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們用到了wincc軟件，調(diào)節(jié)閥，傳感器，PLC等原件，使得我們對(duì)于工廠的一些基礎(chǔ)設(shè)備有了一定了解。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)加深我們對(duì)《自動(dòng)控制原理》、《過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表》等科目的理解。首先測(cè)取被控液位高度過(guò)程的圖像，建立了主回路的進(jìn)水流量和主管道流量、進(jìn)水流量和水箱（上）液位高度、副回路進(jìn)水流量和水箱（上）液位、雙容水箱的進(jìn)水流量和水箱（下）液位之間的數(shù)學(xué)模型，從而加強(qiáng)了對(duì)液位控制系統(tǒng)的了解。課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：水箱液位控制系統(tǒng)班 級(jí)：自動(dòng)化0901班學(xué) 號(hào)：20092395姓 名：郝萬(wàn)福指導(dǎo)教師：王姝 梁巖 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年5月7號(hào)5月25號(hào)摘 要在人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問(wèn)題, 例如居民生活用水的供應(yīng), 飲料、食品加工等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要維持合適的高度, 既不能太滿 溢出造成浪費(fèi), 也不能過(guò)少而無(wú)法滿足需求。通過(guò)將電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)分別作為主管道和副管道控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制水箱液位高度。在PID參數(shù)整定過(guò)程中，我對(duì)比例控制，積分控制，微分控制的作用、效果以及調(diào)試方法有了一定了解。 9 進(jìn)水流量和上水箱液位模型 11 副回路流量與上水箱液位數(shù)學(xué)模型 12 14 4 單容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 結(jié)構(gòu)原理 16 單容水箱控制器PID參數(shù)整定 17 旁路階躍干擾響應(yīng)曲線 19 副回路進(jìn)水階躍干擾響應(yīng)曲線 20 干擾頻繁劇烈變化的解決辦法 20 （上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 （上）液位與進(jìn)水流量的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 33 36 1．概述本次課程設(shè)計(jì)，是讓我們應(yīng)用自控控制原理和過(guò)程控制理論知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)水箱液位控制系統(tǒng)。?利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和主管道流量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）⑤利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立雙容水箱（上下串聯(lián)）的進(jìn)水流量（上水箱進(jìn)水）和水箱（下）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。?采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，