南京工程學(xué)院_自動(dòng)控制_課設(shè)論文--水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)物調(diào)試-預(yù)覽頁
【正文】 )( ) ( )( ) ( ) 7 ( )2dhQ Q AdtQ K uQ K hhKQhhs Q s s A H s sH ss K U sKQ s H s H sh????????? ? ? ? ???? ? ??在 處 進(jìn) 行 線 性 化 得 到將 前 三 式 進(jìn) 行 變 換 得 所以，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ( ) 1 .1 8 1 5()( ) 0 .4 8 2 3 3HsGs U s s?? ? 系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示，閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示 圖 3 水箱液位系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖 U n i f o r m R a n d o mN u m b e rS t e pS co p eS a t u r a t i o nP I D ( s )P I D C o n t r o l l e r1sI n t e g r a t o r3 . 4 7G a i n 20 . 1 3 9G a i n 18 . 5G a i n 圖 4 水箱液位系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖 軟件仿真過程、圖形分析及結(jié)論 10 未校正前系統(tǒng)的仿真過程、圖形 分析及結(jié)論 輸入程序： H= A= K= num= den=[1,] t=0:1:15 step(num,den,t) 得到開環(huán)傳遞函數(shù)的階躍響應(yīng)圖如下： S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude0 5 10 1500 . 511 . 522 . 5S y s t e m : s y sR i s e T i m e ( s e c ) : 4 . 5 5S y s t e m : s y sP e a k a m p l i t u d e : 2 . 4 5O v e r s h o o t ( % ) : 0A t t i m e ( s e c ) : 1 5S y s t e m : s y sS e t t l i n g T i m e ( s e c ) : 8 . 1 4S y s t e m : s y sT i m e ( s e c ) : 0 . 2 6 7A m p l i t u d e : 0 . 2 5 1 圖 5 達(dá)穩(wěn)態(tài)值 10％的時(shí)間顯示 S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude0 5 10 1500 . 511 . 522 . 5S y s t e m : s y sR i s e T i m e ( s e c ) : 4 . 5 5S y s t e m : s y sP e a k a m p l i t u d e : 2 . 4 5O v e r s h o o t ( % ) : 0A t t i m e ( s e c ) : 1 5S y s t e m : s y sS e t t l i n g T i m e ( s e c ) : 8 . 1 4S y s t e m : s y sT i m e ( s e c ) : 5 . 1 9A m p l i t u d e : 2 . 2 5 圖 6 達(dá)穩(wěn)態(tài)值 90％的時(shí)間顯示 由圖可知： 11 9 67 23 00rsspt s se?? ? ? ??? 該開環(huán)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)上升時(shí)間大大超過所要求的時(shí)間，該系統(tǒng)沒有達(dá)到預(yù)期 的要求。飽和特性參數(shù)如下圖所示： 圖 13 飽和特性參數(shù) 15 由于輸入為單位階躍響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)值為 1，所以擾動(dòng)不能太大，但又要使擾動(dòng)信號(hào)起到一定的作用，綜合考慮，將擾動(dòng)參數(shù)調(diào)整成如下圖所示： 圖 14 擾動(dòng)參數(shù) 當(dāng)各個(gè)元件的參數(shù)按上述設(shè)置時(shí)，最終的響應(yīng)曲線如下圖： 圖 15 PI 校正后最優(yōu)的階躍響應(yīng)曲線 顯然，曲線峰值沒有達(dá)到 ，故超調(diào)量小于 5％ 16 圖 16 第一次達(dá)穩(wěn)態(tài)值時(shí)間顯示（ tr） 顯然 ， ? s，完全滿足系統(tǒng)要求的 ，并且很接近。 （ 3） 加比例微分控制環(huán)節(jié)（ PD）校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 17 圖 18 PD 校正下的階躍響應(yīng) 圖 19 PD 校正環(huán)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù) 由上圖可知，未加極點(diǎn)的 PD 校正環(huán)節(jié)使系統(tǒng)的變化趨勢(shì)與要求完全相反 18 圖 20 PD 校正下的階躍響應(yīng) 圖 21 PD 校正環(huán)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù) 由上圖可知，當(dāng) PD 環(huán)節(jié)加入極點(diǎn)后，圖形瞬間上升又迅速下降為 0，也與要求的輸出曲線完全 不同，所以，該系統(tǒng)不采用 PD 環(huán)節(jié)進(jìn)行校正。最終可以得出結(jié)論：選用 PI 校正裝 置是最簡(jiǎn)單同時(shí)又能很好的滿足設(shè)計(jì)要求的最佳選擇。在參數(shù)給定的情況下，經(jīng)過 PID 運(yùn)算產(chǎn)生相應(yīng)的控制量，使水箱里的水位穩(wěn)定在給定值。 根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)反饋系數(shù) ?，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。 23 U 給 定++I N O U T水 箱 液 位 控 制 系 統(tǒng)R 0R 1R 2R 3R 5R fR i+U 1{ +U 2+U 3V c cV c cV c cU 反 饋CR 4 圖 28 硬件設(shè)計(jì)接線圖 具體的設(shè)計(jì)步驟如下： 1．先將 ACCTIII 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（二）和 ACCTII 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)面板上的 電源船形開關(guān)均放在 “OFF”狀態(tài)。 （ 3）經(jīng) PI 運(yùn)算后給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供輸入信號(hào)，即將調(diào)節(jié)器電路單元的輸出接到 水泵輸入（ 0~10V）的正極，負(fù)極接地。 4．在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，外加干擾信號(hào)，系統(tǒng)達(dá)到無靜差。 Ⅰ .純比例環(huán)節(jié) ① C=0， 5 330RK??, 53330 3 .3100P RK R? ? ? 圖 29 階躍響應(yīng)曲線 ② C=0， 5 510RK??, 53510 5 .1100P RK R? ? ? 圖 30 階躍響應(yīng)曲線 可見，水位的上升時(shí)間會(huì)因?yàn)殡娮?5R 不同而變化， 5R 增大則上升
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