【正文】 操作，即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結構框架。 MCGS還為用戶提供了編程用的功能構件，使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。新的版本集中了日常數(shù)學處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運算、信號處理和圖形生成等功能。 (5)MATLAB應用程序接口 (API) 這是 MATLAB為用戶提供的一個函數(shù)庫，使得用戶能夠在 MATLAB 環(huán)境中使用 c 程序或 FORTRAN 程序，包括從MATLAB 中調(diào)用于程序 (動態(tài)鏈接 )，讀寫 MAT 文件的功能。主要是看副控參數(shù)不同時其控制效果的變化，進行對比研究。 一次擾動作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。 歸納如下： 在設計中要將主要擾動包括在副回路中。如果所有的擾動都包括在副回路中，主調(diào)節(jié)器也就失去了控制作用。如果引入 I 控制，會延長控制過程，減弱副回路的快速控制作用；也沒有必要引入 D 控制，因為副回路采用 P 控制已經(jīng)起到了快速控制作用，引入 D 控制會使調(diào)節(jié)閥的動作過大，不利于整個系統(tǒng)的控制。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。但是過大的積分速度會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的重要內(nèi)容，應根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時間 iT 置于最大，微分時間 dT 置零，比例度 ? 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 ? 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 k? 和臨界振蕩周期 mT 。 兩步整定法：兩步整定法就是第一步整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，第二步整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。 (2) 按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制主對象（下水箱）。電動調(diào)節(jié)閥型號為： QSVP16K。 控制進水量 供水水 施加階躍輸入信號 階躍響應輸出 丹麥泵 電動調(diào)節(jié)閥閥 水箱 第 28 頁 圖 52 中水箱階躍響應曲線 由于實驗測定數(shù)據(jù)可能存在誤差，直接使用計算法求解水箱模型會使誤差增大。 plot(x,y,39。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=50,即對中下水箱輸入階躍信號 ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。 y=y/1000。 中水箱單回路 根據(jù)響應曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m in1, ???ip TPK 此時將參數(shù)輸入，改變中水箱液位設定值，進行副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，其動態(tài)響應結果如下： 第 36 頁 圖 63 中水箱單回路 中 下水箱液位串級 將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)， 仍然用響應曲線法測定參數(shù)。 y1=polyval(P,x)。 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 58 中下水箱階躍響應擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計算中下水箱特性參數(shù)如下： 圖 59 中下水箱參數(shù)計算曲線 第 32 頁 由圖知： )0( )(,30,540 ?????? xyKssT ? 主管流量參數(shù)辨識 按圖連接線路 ,手動操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開度 ,使初始開 度 OP1=30,等到主管流量處于平衡位置時。,x,y1,39。 實驗數(shù)據(jù)中將階躍響應初始點的值作為 Y 軸坐標零點，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為 Y 軸上的各階躍響應數(shù)據(jù)點；將對應 Y 軸上階躍響應數(shù)據(jù)點的采集時間作為曲線上各 X 點的值。 第 18 頁 4 系統(tǒng)軟件設計 上位機組態(tài)設計 建立數(shù)據(jù)對象及通道 表 41 數(shù)據(jù)對象及通道 類型 數(shù)據(jù)對象 注釋 通道類型 自動手動切換 MAN 手動標志 水箱特性測試 S1_PV 水箱液位測量值 DF100 S1_MV 電動調(diào)節(jié)閥輸出值 DF104 單回路 S2_PV 水箱液位測量值 DF110 S2_MV 電動調(diào)節(jié)閥輸出值 DF114 S2_SV 水箱液位設定值 DF118 中下水箱液位串級 S3_PV1 中 水箱液位測量值 DF130 S3_PV2 下水箱液位測量值 DF134 S3_MV1 電動調(diào)節(jié)閥輸出值 DF138 S3_SV 下水箱液位設定值 DF142 液位流量串級 S4_PV 主管流量測量值 DF150 S4_MV 電動調(diào)節(jié)閥輸出值 DF154 S4_SV 主管流量設定值 DF158 S4_PV2 下水箱液位測量值 DF162 S4_SV2 下水箱液位設定值 DF166 副調(diào)節(jié)器 Kp0 比例增益 DF312 Ti0 積分時間 DF320 Td0 微分時間 DF324 主調(diào)節(jié)器 Kp1 比例增益 DF412 Ti1 積分時間 DF420 Td1 微分時間 DF424 第 19 頁 組態(tài)畫面設計 水箱特性測試及數(shù)據(jù)采集 圖 41水箱特性測試 圖 42 水箱液位數(shù)據(jù)采集 第 20 頁 單回路 PID 及數(shù)據(jù)采集 圖 43 單回路 PID 整定 圖 44單回路 PID 數(shù)據(jù)采集 第 21 頁 中下水箱液位串級 圖 45 中下水箱液位串級 主管流量特性測試及數(shù)據(jù)采集 圖 46 主管流量特性測試 第 22 頁 圖 47 主管流量數(shù)據(jù)采集 主管流量 PID 及數(shù)據(jù)采集 圖 48 主 管流量 PID 整定 第 23 頁 圖 49 主管流量 PID 整定數(shù)據(jù)采集 液位流量串級 圖 410液位流量串級 第 24 頁 程序設計 的 I/O 口分配 表 42I/O 地址分配 輸入輸出 功能 AIW0 中水箱液位變送器信號輸入 /主管流量變送器信號輸入 AIW2 下水箱液位變送器信號輸入 AQW0 PID 輸出，用于控制電動調(diào)節(jié)閥開度 中間變量 表 43 中間變量 變量 功能 PLC 運行狀態(tài)監(jiān)控位 手動運行 SMB34 用于存儲定時中斷時間間隔 VD500 由 AIW0 轉(zhuǎn)換的工程量 VD504 由 AIW2 轉(zhuǎn)換的工程量 VD5 PID 輸出值 AC0 累加器 AC1 累加器 AC2 累加器 VB300 PID0 控制回路表的起始地址 VD300 LOOP0 的過程變量值，標準化至 之間 VD304 LOOP0 的給定值，標準化至 之間 VD308 LOOP0 的輸出值，標準化至 之間 VD316 LOOP0 的采樣周期，以秒為單位 VD328 LOOP0 的前一時刻積分項累計值，標準化至 之間 VB400 PID1 控制回路表的起始地址 VD400 LOOP1 的過程變量值，標準化至 之間 VD404 LOOP1 的給定值，標準化至 之間 VD408 LOOP1 的輸出值，標準化至 之間 VD416 LOOP1 的采樣周期，以秒為單位 VD428 LOOP1 的前一時刻積分項累計值，標準化至 之間 第 25 頁 程序流程圖 主程序流程圖 開 始初 始 化設 定 電 動 調(diào) 節(jié)閥 開 度結 束 圖 411 水箱 /主管流量特性測試 開 始初 始 化結 束是 否 需 要 手 動 調(diào)節(jié) ？設 定 水 箱 液 位 / 主 管流 量P I D 控 制手 動 調(diào) 節(jié)YN 圖 412單回路水箱液位 /主管流量 PID 第 26 頁 開 始初 始 化結 束是 否 需 要 手 動 調(diào)節(jié) ？設 定 水 箱 液 位P I D 串 級 控 制手 動 調(diào) 節(jié)YN 圖 413液位串級 PID 中斷程序流 程圖 開 始返 回讀 AIW0的 值標 準 化 01之 間讀 AIW2的 值標 準 化 01之 間將 VD5換 算 為 工程 實 際 值送 至 AQW0經(jīng) D/A轉(zhuǎn) 換 后 輸 出 圖 414 中斷程序流程圖 第 27 頁 5 被控對象建模與辨識 階躍響應曲線法建立模型 在本設計中將通過實驗建模的方法，分別測定被控對象中水箱、下水箱和中下水箱在輸入階躍信號后的液位響應曲線和相關參數(shù)以及主管流量的響應曲線和參數(shù)。主調(diào)節(jié)器有自己獨立的設定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器，以改變下水箱液位 . 第 15 頁 液 位 調(diào) 節(jié) 器 流 量 調(diào) 節(jié) 器 電 動 調(diào) 節(jié) 閥 中 下 水 箱流 量 變 送 器液 位 變 送 器——管 道一 次 干 擾二 次 干 擾 圖 33主管流量下水箱液位串級方框圖 第 16 頁 3 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件選型 表 31硬件選型表 名稱 型號 參數(shù) 個數(shù) 水箱 無 中水箱： d=25cm,h=20cm 下水箱： d=35cm,h=20cm 2 擴散硅壓力變送器 MB400 精度為 ， 4— 20mA電流（須外供 24V 直流電源） 2 渦輪流量計 LWGY10 流量范圍： 0～ ，精度：%，輸出： 4～ 20mA 標準信號 1 智能型電動調(diào)節(jié)閥 QSVP16K 電源 220VAC 50HZ 輸入控制信號： 4～ 20mA DC 或1～ 5V DC 1 丹麥泵 ups2560 電源： 220V 功率： 45W 至 90W 最大流量： m3/h 最大揚程： 5m 進出口徑： 25mm 1 電磁閥 2W16025 工作壓力：最小壓力為 0Kg/㎝2，最大壓力為 7Kg/㎝ 2 工作溫度：－ 5～ 80℃