【正文】 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 增大則上升時(shí)間縮短。 （ 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。 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。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。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。 運(yùn)用《自動(dòng)控制原理》知識(shí)分析系統(tǒng)的性能特征，從階躍響應(yīng)性能指標(biāo)，頻域特性等角度分析系統(tǒng)校正前和校正后的性能。 硬件調(diào)試的目的是為了實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合，將仿真得到的心得體會(huì)在硬件平臺(tái)上加以驗(yàn)證，以便得到更加形象具體的認(rèn)識(shí)。 （ 3）總體方案的確定 可從頻域法、跟軌 跡法分析系統(tǒng)，并確定采用何種控制策略，調(diào)整控制參數(shù)。 4．測(cè)出各環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)及其時(shí)間常數(shù)。 level control。因此液面高度是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的效果。 關(guān)鍵詞： 水箱液位； PID 控制；液位控制； Matlab 仿真 DESIGN AND PHYSICAL WATER LEVEL CONTROL SYSTEM DEBUGGING Abstract： In people39。 2．課程設(shè)計(jì)題目及要求 設(shè)計(jì)題目： 水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)物調(diào)試 設(shè)計(jì)要求： 1．分析系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。 （ 2）總體方案的構(gòu)思 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和條件進(jìn)行認(rèn)真分析與研究，找出關(guān)鍵問(wèn)題。因此液面高度是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要 的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的效果。 8 帶入表 的水箱液位系統(tǒng)參數(shù)，求出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。 加 PID 校正環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的仿真過(guò)程、圖形分析及結(jié)論 （ 1）加比例控制環(huán)節(jié)（ P）校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 圖 7 比例控制校正后的階躍響應(yīng)曲線 圖 8 校正環(huán)節(jié)參數(shù) 12 由圖可知，當(dāng)只加入比例環(huán)節(jié)時(shí)，22 .87 5 , 79 9 , 42 , 0p r s pK C t s t s?? ? ? ? ?可以滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，但比要求小的多，會(huì)有較大的誤差出現(xiàn)。 （ 4） 加比例積分微分控制環(huán)節(jié)（ PID）校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 19 圖 22 PID 下的最優(yōu)階躍響應(yīng)曲線 圖 23 PID 環(huán)節(jié)下最優(yōu)階躍響應(yīng)曲線時(shí)的校正環(huán)節(jié)參數(shù) 20 圖 24 PID 校正環(huán)節(jié)的伯德圖和根軌跡圖 從圖中得到：5( 1 0 . 7 7 )( 1 6 . 4 1 0 ) 3 3 . 2 4 3( ) 3 3 . 2 4 3 2 5 . 6 0 0 . 0 0 1 6 4c ssG s sss?? ? ?? ? ? ? ?， 所以， 2 5 .6 0 , 3 6 .2 4 3 , 0 .0 0 1 6 4P i dK K K? ? ?。 給定 Ug 由 ACCTII 自動(dòng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)面板上的電源單元 U1 提供，電壓變化范圍為 ～ 15V。 2．利用 ACCTII 實(shí)驗(yàn)板上的單元電路設(shè)計(jì)并連接如圖 28 所示的閉環(huán)系統(tǒng)。如達(dá)不到，則根據(jù) PI 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響重新調(diào)節(jié) PI 參數(shù)。 ，上升時(shí)間明顯變長(zhǎng) 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(huì)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(huì)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(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差 （ 4） 在其他條件不變時(shí)，會(huì)使上升時(shí)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(gè)系統(tǒng)工作在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，以達(dá)到工業(yè)自動(dòng)控制的要求 [1]薛定宇 .反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)與仿真 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. [3]胡壽松 .自動(dòng)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(guó)航海， 20xx（ 4）：7780. [5]徐亞飛，劉官敏，高國(guó)章等 .溫箱溫度 PID 與預(yù)測(cè)控制 [J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) .(28):554557. [6]張波 .“水箱系統(tǒng) ”液位控制的仿真研究 [J].自動(dòng)化與儀器儀表 ,20xx(2):6466. 。 3．連接好上述線路，全面檢查線路后，先合上 ACCTIII 實(shí)驗(yàn)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(shí)觀測(cè)輸出電壓變化情況。參考的試驗(yàn)參數(shù)為： R0=R1=R2=100K?， R3=10K?， R4=2M?， R5=510K?， C1=1?F， Rf/Ri=1。 設(shè)計(jì)原理 22 Ug PIDUf功率放大 水泵?液位測(cè)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(cè)量和輸出電壓反饋電路組成。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。 水箱液位控制系統(tǒng)圖 圖 1 中，進(jìn)水口的閥門由一個(gè)調(diào)節(jié)器控制，以保持水位不變 ，出口處的閥門由外