【正文】 PID 控制器各控制規(guī)律的作用如下： （ 1）比例控制（ P）：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 PID 控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類： 一是理論計(jì)算整定法。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TI置于最大，微分時(shí)間 TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值，把系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，將調(diào)節(jié)器的比例度δ由大到小逐漸減小，得到臨界振蕩過(guò)程，記錄下此時(shí)的臨界比例度δ k 和臨界振蕩周期 Tk。為了保證系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定程度，一般衰減率在 。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因?yàn)橄滤涞囊何皇钦麄€(gè)控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。主副回路時(shí)間常數(shù)之比應(yīng)在 3 到 10之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過(guò)程特性。 MATLAB 提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該 系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是復(fù)數(shù)矩陣，在生成矩陣對(duì)象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說(shuō)明，使得工程應(yīng)用變得更加快捷和便利。 MATLAB 具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的函數(shù)， MATLAB 的控制系統(tǒng)工具箱 (Control System Toolbox)提供對(duì)線性系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模的各種算法； MATLAB 的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（ System Identification Toolbox） 可以對(duì)控制 對(duì)象的未知對(duì)象進(jìn)行辨識(shí)和建模。 圖 雙閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線 通過(guò)手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)將副回路 切除成單閉環(huán)可得其仿真圖像。 C 40～ 120。 C 輸出最大負(fù)載： 500Ω 死區(qū)： ≤ 177。壓力變送器測(cè)定的下水箱液位值（電壓反饋信號(hào)）送到主調(diào)節(jié)器 (智能調(diào)節(jié)儀 1)輸入端。 (4)diL：輸入下限顯示值 用于定義線性輸入信號(hào)下限刻度值。 通過(guò)在 AI808 型儀表的內(nèi)部安裝 RS485 通訊接口模塊，可利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的監(jiān)控和操作。 DevOp 取值范圍及相應(yīng)含義： 1：?jiǎn)?dòng)設(shè)備開(kāi)始工作。所以副調(diào)節(jié)器按單回路系統(tǒng)方法整定后，可以將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié) ，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法，整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，而不再考慮主調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對(duì)副回路的影響。 對(duì)儀表控制系統(tǒng)設(shè)置下水箱液位給定值為 50mm，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動(dòng)型號(hào)，設(shè)定下水箱液位值為 70mm，得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對(duì)于一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號(hào)所含最高頻率的兩倍，信號(hào)采樣所得的數(shù)值才可以完全復(fù)現(xiàn)原來(lái)的信號(hào)。 圖 7017 內(nèi)部示意圖 圖 7024 內(nèi)部示意圖 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，模擬量輸出通道一般包括接口電路﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器﹑V/I 變換等。 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 ： (1)MCGS 與設(shè)備通訊： MCGS 通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 (3)當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中測(cè)控對(duì)象的狀態(tài)（如：水箱液位高度等）發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的變量中，該變量是與動(dòng)畫(huà)屬性相關(guān)的變量，數(shù)值的變 化，使圖形的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變化（如高低變化）。 MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過(guò)構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊 ,使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫(huà)窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。 圖 主控窗口組態(tài) 結(jié)構(gòu) 圖 設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)的重要組成部分，在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在基本屬性頁(yè)中，設(shè)置了串口的基本屬性，包括端口號(hào)，通訊波特率，數(shù)據(jù)位位數(shù)，停止位位數(shù)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，這些設(shè)置可以按照設(shè)備的要求來(lái)設(shè)置。使用異步采集時(shí)，每個(gè)子設(shè)備可以設(shè)置自己的采集時(shí)間，在需要的時(shí)候采集。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過(guò)通道連接，向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和過(guò)程的自動(dòng)控制。 在 MCGS 組態(tài)環(huán)境下的工程組態(tài)流程如下 主控窗口是工程的主窗口或主框架 ,是所有設(shè)備窗口和用戶窗口的父窗口。用戶也可編寫(xiě)程序來(lái)控制動(dòng)畫(huà)界面，以達(dá)到滿意的效果。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由 VB 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的 DLL（動(dòng)態(tài)連接庫(kù)）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)或發(fā)送出去。 在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過(guò)程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7024 數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般包括了 I/V 變換電路﹑多路轉(zhuǎn)換器﹑采樣保持器﹑ A/D 轉(zhuǎn)換器﹑接口﹑控制邏輯。雖然仍然是基于“ THJ2高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”組建，但是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過(guò)程控制系統(tǒng)不同于以智能儀表帶上位機(jī)監(jiān)控為主的儀表過(guò)程控制系統(tǒng)。設(shè)置副參數(shù)的目的是為了進(jìn)一步提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，只要通過(guò)主調(diào)節(jié)器參數(shù)整定保證主參數(shù)質(zhì)量，副參數(shù)的控制質(zhì)量可以犧牲一些。 3：測(cè)試設(shè)備的工作狀態(tài)。需要在計(jì)算機(jī)的 MCGS 軟件的用戶窗口添加腳本程序以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)儀表系統(tǒng)的監(jiān)控，時(shí)在設(shè)備窗口中完成設(shè)備通道連接設(shè)置。 (5)CF：系統(tǒng)功能選擇 CF=A*1+B*2+C*4+D*8+E*16+F*32+G*64 調(diào)節(jié)儀 1中 CF=0，表示 A=0,調(diào)節(jié)儀 1 為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時(shí)，輸出趨向減??； B=0，儀表報(bào)警無(wú)上電； D=0，不允許外部給定， 程序時(shí)間以分為單位； E=0，無(wú)分段頻率限制功能； F=0，儀表光柱指示輸出值； G=0，儀表為 AI808P工作模式。由于其輸出的信號(hào)為 4～ 20mA 的電流信號(hào)，需要經(jīng) I/V 轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)化為 1～ 5V 電壓信號(hào)送到副調(diào)節(jié)儀的輸入端，與壓力變送器測(cè)定的上水箱液位值（電壓反饋信號(hào)）相比較后，輸出 4～ 20mA 的電流信號(hào)到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)輸入端，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，消除下水箱液位的測(cè)量值與給定值的偏差。 % 公稱直徑： 20mm 可調(diào)范圍： 50:1 公稱壓力： 防護(hù)等級(jí)： IP65 行程： 10mm 功耗： 5VA ．控制器 在儀表過(guò)程控制系統(tǒng)中，使用智能調(diào)節(jié)儀表作為控制器。 C 過(guò)載極限： 額定量程的 ～ 3倍 滿程溫度系數(shù) : 小于 %/。 河南 城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 15 維持初始階躍信號(hào)不變，并在副回路中加入擾動(dòng)信號(hào)，觀察響應(yīng)曲線 . 在100s 經(jīng)過(guò)慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為 70的擾動(dòng)信號(hào)。它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運(yùn)行仿真，適應(yīng)線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)，多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開(kāi)河南 城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 13 發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 (4) 控制器的選擇 根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過(guò)程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。 (2) 控制參數(shù)的選擇 m2 m1 e1 c1 擾動(dòng)f1(t) e2 設(shè)定值 R c2 擾動(dòng)f2(t) 主調(diào)節(jié)器 副調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 測(cè)量與 變送器 2 測(cè)量與 變送器 1 河南 城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 12 從雙容水箱系統(tǒng)來(lái)看，影響液位有兩個(gè)量，一是通過(guò)上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。 (4) 調(diào)節(jié)時(shí)間：從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到被控參數(shù)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值 5%— +5%范圍所需的時(shí)間 設(shè)計(jì)建立的串級(jí) 控制系統(tǒng)由主副兩個(gè)控制回路組成，每一個(gè)回路又有自己的調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TI置于最大，微分時(shí)間 TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值反復(fù)做給定值擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并逐漸減少比例度，直至記錄曲線出現(xiàn) 4： 1 的衰減為止。由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過(guò)程數(shù)學(xué)模型只能近似反映過(guò)程動(dòng)態(tài)特，理論計(jì)算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。但當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 （ 2）積分控制（ I）：在積分控制中，控 制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 而雙容水箱均有上述缺點(diǎn)，因此可以看出串級(jí)控制系統(tǒng)很適合應(yīng)用于雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PID 控制原理 河南 城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 8 目前，隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用， PID 控制技術(shù)日趨成熟。 1) 串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的克服能力。選擇正確的設(shè)計(jì)方案才能使先進(jìn)的過(guò)程儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮良好的作 液位串級(jí)控制系統(tǒng)介紹 在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，液位是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油﹑化工﹑環(huán)保﹑水處理﹑冶 金等行業(yè)尤為重要。(0)= ,以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于 A 點(diǎn) ,映射在 t 軸上的 B 點(diǎn)的值為 T。所以使用 MATLAB 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)最小二乘法對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行最佳擬合后，再計(jì)算水箱模型。 根 據(jù) 動(dòng) 態(tài) 物 料 平 衡 ， Q1Q2=A(dh/dt) ； △ Q1 △ Q2=A(d △ h/dt) 在靜態(tài)時(shí)， Q1=Q2， dh/dt=0；當(dāng) Q1發(fā)生變化后，液位 h 隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化， Q2也發(fā)生變化。上水箱和下水箱為 THJ2高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置中上下兩個(gè)串接的有機(jī)玻璃圓筒形水箱，另有不銹鋼儲(chǔ)水箱負(fù)責(zé)供水與儲(chǔ)水。 ICP7000 系列采集模塊的作用是將傳感器檢測(cè)到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī) ， 計(jì)算機(jī) 是 將控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號(hào)通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。 關(guān)鍵詞： 液位 ,模型 ,PID 控制 ,儀表過(guò)程控制系統(tǒng) ,計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Double tank water level control system is the use of advanced control algorithm of process liquid level control system, it is in the beverage, food processing, filtering solution, chemical production and other industries in the production process has been widely used. In the design of the full use of automation technology, puter technology, munication technology and automatic control technology, in order to achieve the water tank liquid level cascade control. Firstly, the object model is analyzed, and the experimental modeling method for model transfer function. Secondly, according to the controlled object model and the controlled process characteristic design of cascade control system, using dynamic simulation technology to the control system performance analysis. Then, design and construction process