【正文】 并且通過對(duì)知識(shí)的綜合利用，加入個(gè)人的分析和比較，加深了了我們對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。在做得過程中肯定會(huì)遇到問題，有一定的不足，在短期內(nèi)無法完成對(duì)水位的控制，還有很多誤差等等。T 184 ??? Kp?kpmmmKepss ?????????kp水 箱 液 位 控 制 系 統(tǒng) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 28 10 水箱液位系統(tǒng)的應(yīng)用 10． 1 液位系統(tǒng)的接線圖： 圖 101 液 位系統(tǒng)接線圖 水箱液位系統(tǒng)的調(diào)試 經(jīng)過我們小組的共同努力，最終終于完成了水箱液位系統(tǒng)的制作，在接下來的時(shí)間里，我們針對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試， 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及其解決方案 在測(cè)試的過程中，發(fā)現(xiàn)水箱液位的靈敏度出現(xiàn)了問題。 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定： 就是在一個(gè)已經(jīng)調(diào)校好的控制系統(tǒng)中，去選擇和設(shè)置合適的調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間，使調(diào)節(jié)器與過程的特性相適應(yīng)，來改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，獲取最佳控制效果 。 當(dāng)流入水量或流出水量發(fā)生變化，水箱中液位也會(huì)發(fā)生變化，通過檢測(cè)裝置測(cè)量值的變化，再有控制器和執(zhí)行器的共同作用，使水箱水 位保持在預(yù)定值。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以單相交流 220V 電源為動(dòng)力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào) 010mADC 或 420mADC，自動(dòng)地控制閥門開度，達(dá)到對(duì)工藝流量、壓力、溫度、液位等參數(shù)的自動(dòng)控制，是生產(chǎn)過程自動(dòng)調(diào)節(jié)的重要組成之一，該產(chǎn)品具有動(dòng)作靈敏、能源取用方便、信號(hào)傳輸迅速等特點(diǎn)。 一般可以采用位置、速度和力矩三種控 制方式，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端。因此，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。 比例控制 （ P） 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。調(diào)節(jié)器接受變送單元輸出的 0～ 10mA 直流電流信號(hào) (即被調(diào)量信號(hào) ),將此信號(hào)與設(shè)定值相比較而得到偏差信號(hào) ,然后按偏差的大小和變化情況 ,進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算 ,給出調(diào)節(jié)信號(hào) ,去控制執(zhí)行器的動(dòng)作 ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖，器方框間的連接必然是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但方框間的基本連接方式只有串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接三種。 方框（或環(huán)節(jié)） 方框表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換，方框中寫入元部件或系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 。正、負(fù)分別用 “ +”和“ ”表示，用“⊙”代表比較器。對(duì)于 閉環(huán)控制系統(tǒng) ，運(yùn)用根軌跡法可方便地分析系統(tǒng)開環(huán)增益的變化對(duì)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點(diǎn)、零點(diǎn)位置的影響，從而可進(jìn)一步估計(jì)對(duì)輸出響應(yīng)的影響。因?yàn)閱挝幻}沖的拉氏變換式等于 1，因此 11( ) [ ( ) ] [ ( ) ]k t C s G s???? 顯然，系統(tǒng)的脈沖響應(yīng) )(tk 與系統(tǒng)傳遞函數(shù) )(sG 有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可以 用來描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，如圖 （ 42） 所示。 （ 3）將式（ 2）改寫成如下所謂“典型環(huán)節(jié)”的形式 ? ???? ???????????1 2211 122221221)12()1()12()1()()()(ninjjjjivmllllmkksTsTsTssssKsNsMsG????? （ 4） 數(shù)學(xué)上的每一個(gè)因子都對(duì)應(yīng)著物理上的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們稱之為典型環(huán)節(jié)。因?yàn)閭鬟f函數(shù)只反映零初始條件下，輸入作用對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，對(duì)于非零初始條件的系統(tǒng)，只有同時(shí)考慮由非零初始條件對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，才能對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有完全的了解。從微分方程（ 1）看， 0?s 相當(dāng)于所有導(dǎo)數(shù)項(xiàng)為零，方程變?yōu)殪o態(tài)方程，00ab 恰好為輸出、輸入的靜態(tài)比值。 (2)頻域測(cè)定法：頻域測(cè)定法的主要過程是對(duì)被研究對(duì)象施加不同頻率的正弦波，測(cè)出輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的幅值比和相位差，從而獲得被測(cè)系統(tǒng)或?qū)ο蟮念l域特性。然而，許多工業(yè)對(duì)象結(jié)構(gòu)及內(nèi)部工藝過程復(fù)雜，使得按對(duì)象內(nèi)部發(fā)生的物理、化學(xué)過程確定對(duì)象及系統(tǒng)的微分方程十分困難。 建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法有分析法和實(shí)驗(yàn)法兩種。 按系統(tǒng)的輸出量和輸入量間的關(guān)系分類 線性系統(tǒng) —— 系統(tǒng)全部由線性元件組成，它的輸出量與輸入量間的關(guān)系用線性微 分方程來描述。兩者的結(jié)合既能得到高精度控制，又能提高抗干擾能力。閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng)。 圖 31 微型計(jì)算機(jī)控制機(jī)床（開環(huán)系統(tǒng)） 系統(tǒng)每一個(gè)輸入信號(hào)，必有一個(gè)固定的工作狀態(tài)和一個(gè)系統(tǒng)的輸出量與之相對(duì)應(yīng)，但是不具有修正由于擾動(dòng)而出現(xiàn)的被控制量希望值與實(shí)際值之間誤差的能力。穩(wěn)定性是指自動(dòng)控制系統(tǒng)在外界干擾作用下，過度過程能否達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)的性能，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度用衰減比 n或衰減率來衡量。 對(duì)自動(dòng)控制 系統(tǒng)的基本要求 (1) 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)最基本的要求。 過程控制系統(tǒng)建模概念 及基本方法 第一點(diǎn)要確定明確的輸入量與輸出量；第二點(diǎn)要有先驗(yàn)知識(shí)；第三點(diǎn)要有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 在現(xiàn)代工業(yè)控制中 ,過程控制技術(shù) 是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。通過對(duì)過程參量的控制，可使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的參量增加、質(zhì)量提高和能耗 減少。 在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原理。主要研究方法有時(shí)域分析法、根軌跡法和頻率特性法。 （ 7） 控制器是指將傳感器送來的信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果的偏差大小， 按照預(yù)定的控制規(guī)律輸出控制信號(hào)的原 件或儀表。即由控制對(duì)象、傳感器、控制器和執(zhí)行器所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。 水箱液位控制系統(tǒng)是進(jìn)行控制理論與控制工程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研究的平臺(tái)，可以方便地構(gòu)成一階系統(tǒng)對(duì)象（雙容水箱）和兩階系統(tǒng)對(duì)象（三容水箱）。 下圖 (11)是一個(gè)典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能框圖。 青 島 濱 海 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 （ 8） 執(zhí)行器是動(dòng)力部件，它根據(jù)控制器送來的控制信號(hào)大小改變調(diào)節(jié)閥的開度，對(duì)控制對(duì)象施加控制作用，使被控參數(shù)保持在給定值。 現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生：隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特別是空間技術(shù)和各類高速飛行器的發(fā)展，使各受控對(duì)象要求高速度、高精度，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，要求控制理論解決動(dòng)態(tài)耦合的多輸入多輸出、非線形以及時(shí)變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ，被控對(duì)象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，也可以要求按照某個(gè)給定規(guī)律運(yùn)行；而控制裝置則是對(duì)被控對(duì)象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控 制，但 最基本的一種是基于反饋控制原理組成的反饋控制系統(tǒng)。一般的過程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，這是過程控制的主要方式。在本世紀(jì) 30 年代就已有應(yīng)用。 過程控制系統(tǒng)建模的兩種基本方法 機(jī)理法建模 用機(jī)理建模法就是根據(jù)生 產(chǎn)中實(shí)際發(fā)生的變化機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物質(zhì)平衡方程，能量平衡方程，動(dòng)量平衡方程以及反映流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反映等基本規(guī)律的方程，物性參數(shù)方程和某些設(shè)備的特性非常等，從中獲得所需要的數(shù)學(xué)模型。所謂系統(tǒng)穩(wěn)定，一般指當(dāng)系 統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)的被控制量偏離了原來的平衡狀態(tài)，但當(dāng)擾動(dòng)撤離后，經(jīng)過若干時(shí)間，系統(tǒng)若仍能返回到原來的平衡狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 用衰減比 n判斷控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定及克服干擾恢復(fù)平衡的快慢程度。 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作穩(wěn)定。 “ 閉環(huán) ” 這個(gè)術(shù)語的含義，就是應(yīng)用反饋?zhàn)饔脕頊p小系統(tǒng)誤差 。 水 箱 液 位 控 制 系 統(tǒng) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 按輸入量變化的 規(guī)律分類 恒值控制系統(tǒng) —— 系統(tǒng)的輸入量是恒量，并且要求系統(tǒng)的輸出量相應(yīng)地保持恒定。 重要特性：可應(yīng)用疊加原理。分析法是對(duì)系統(tǒng)各部分的運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析，根據(jù)它們所依據(jù)的物理規(guī)律或化學(xué)規(guī)律分別列寫相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程。此外，應(yīng)用分析法確定被控對(duì)象及其控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型時(shí)，常采用一些假設(shè)和近似，對(duì)于復(fù)雜的被控對(duì)象，其錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用可能會(huì)對(duì)近似確定的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生估計(jì)不到的影響。這種方法在原理和數(shù)據(jù)處理方面都比較簡(jiǎn)單，測(cè)試精度比時(shí)域法高，但需要采用專門的超低頻域測(cè)試設(shè)備，測(cè)試工作量較大。 傳遞函數(shù)是在初始條件為零（稱零初始條件）時(shí)定義的。其次，傳遞函數(shù)只是通過系統(tǒng)的輸入變量與輸出變量之間的關(guān) 系來描述系統(tǒng)，亦即為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的外部描述，而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部其它變量的情況卻不完全知道，甚至完全不知道。 其中： K 放大 (比例 )環(huán)節(jié) s1 積分環(huán)節(jié) 11?Ts 慣性環(huán)節(jié)或非周期環(huán)節(jié) 12122 ?? TssT ? 振蕩環(huán)節(jié) 1?s? 一階微分環(huán)節(jié) 青 島 濱 海 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 17 1222 ?? ss ??? 二階微分環(huán)節(jié) 我們所研究的自動(dòng)控制系統(tǒng) ,都可以看成由這些典型環(huán)節(jié)組合而成 . (4)一定的傳遞 函數(shù)有一定的零、極點(diǎn)分布圖與之對(duì)應(yīng)。 （ 6）若令 ?js? （即 ?? js ?? ，其中 0?? ），這是傳遞函數(shù)的一種特殊形式，?jssG ?|)( = )(?j