【正文】 采集系統(tǒng)中。D=20調(diào)節(jié)器2的參數(shù):P=20。主要技術(shù)指標(biāo)：量程：0500M準(zhǔn)確度：%FS %FS %FS輸出信號(hào)：兩線制420Ma電源電壓：24V DC 220V AC 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥),它接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào),并轉(zhuǎn)換趁直線位移或角位移來(lái)改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過(guò)程的流體介質(zhì)的流量,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)程參數(shù)的控制.QSVP系列智能電動(dòng)單坐調(diào)節(jié)閥是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,廣泛用于電力,冶金,石油,化工,醫(yī)藥,鍋爐,輕工等行業(yè)的自動(dòng)控制中.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受010mA/420mA/05V/15V等控制信號(hào),改變閥的開(kāi)度,同時(shí)將閥門的隔離信號(hào)反饋給控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力,溫度,流量,液位等參數(shù)的調(diào)節(jié).主要技術(shù)參數(shù):輸入信號(hào):010mA/420mADC/05VDC/15VDC輸出信號(hào)。 過(guò)程儀表介紹 檢測(cè)部分在過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，測(cè)量和變送是信息獲取和傳送的重要環(huán)節(jié)，在工程上為了提高控制精度，被控參數(shù)的測(cè)量和變送必須迅速正確地反映其實(shí)際變化情況，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。,不可能得到與計(jì)算機(jī)仿真一致的理想曲線和控制性能。考慮到后兩級(jí)水箱的輸入是上級(jí)水箱的液位輸出，與前面已建立的模型相差一個(gè)增益，在下面的仿真實(shí)驗(yàn)中，設(shè)該增益為1。二是工程整定方法，又稱實(shí)驗(yàn)法。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 積分（I）控制　　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。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 控制系統(tǒng)的選擇 計(jì)算三容水箱液位過(guò)程控制系統(tǒng)必須先建立三容水箱的過(guò)程模型。y=[ ]。p=polyfit (x, y,3)。yi=polyval(p,xi)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后,水箱液位重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。控制進(jìn)水量供水施加階躍輸入信號(hào)階躍響應(yīng)輸出電動(dòng)磁力泵電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上/中/下水箱 水箱階躍響應(yīng)框圖 水箱數(shù)據(jù)采集方法介紹： 上水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測(cè)定：控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,使初始開(kāi)度OP1=50,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。一般來(lái)說(shuō)這種方法只能定性到反映過(guò)程數(shù)學(xué)模型，其精度較差。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的被控過(guò)程建?？刹捎么朔?。過(guò)程建模對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化具有十分重要的意義。數(shù)學(xué)家往往對(duì)數(shù)學(xué)問(wèn)題的解析解和解的存在性嚴(yán)格證明感興趣，而工程技術(shù)人員一般對(duì)如何求出數(shù)學(xué)問(wèn)題的解更關(guān)心。 MATLAB系統(tǒng)組成(1) MATALB語(yǔ)言體系 MATLAB是高層次的矩陣／數(shù)組語(yǔ)言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特性。 　　 * 能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)。如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥，會(huì)造成生產(chǎn)中對(duì)液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費(fèi)﹑產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計(jì)一個(gè)良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實(shí)際意義。I/O通道有模擬量通道和數(shù)字量通道。因此繼續(xù)采用常規(guī)的調(diào)節(jié)儀表（模擬式與數(shù)字式）已經(jīng)不能滿足對(duì)現(xiàn)代化過(guò)程工業(yè)的控制要求。過(guò)程控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，普遍運(yùn)用于石油，化工，電力，冶金，輕工，紡織，建材等工業(yè)部門。過(guò)程控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以被控過(guò)程的特性為依據(jù)的。工業(yè)控制很復(fù)雜。 model, and use the experimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I design the cascade control system and use the dynamic simulation technique to analyze the capability of control system and design the cascade control system ，according to the model of controlled object and characteristic of controlled progress,jioning the modulator of the meantime,by paring the control system functions,I validate the effects of cascade control system on accelerating system puter control technology develops at a high speed, configuration technology is regarded and used, which can solve so many problems of traditional industrial control software that users can configure at will to finish their automatic projects according to their object and goal.Keywords：liquid level，cascade control ,PID modulator，system simulation. 目錄1緒論 1 1 1 2 2 4 4 系統(tǒng)特點(diǎn)及分析 4 MATLAB軟件介紹 5 MATLAB系統(tǒng)組成 5 基于MATLAB的數(shù)值處理 62被控對(duì)象建模 7 試驗(yàn)法簡(jiǎn)介 7 實(shí)驗(yàn)步驟介紹 8 水箱數(shù)據(jù)采集方法介紹： 9 上水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測(cè)定： 9 中水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測(cè)定： 9： 10 數(shù)據(jù)擬合與水箱傳遞函數(shù)求取 10 10 12 133 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真 16 控制系統(tǒng)的選擇 16 PID控制簡(jiǎn)介 17 比例（P）控制 17 積分（I）控制 18 微分（D）控制 18 PID控制器參數(shù)整定 18 20 階躍響應(yīng)性能 20 加入副回路的仿真 20 去除副回路的仿真 21 加入擾動(dòng) 22 25 儀表控制系統(tǒng)概述 25 過(guò)程儀表介紹 25 檢測(cè)部分 25 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 26 控制器 27 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng) 28 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 28 MCGS組態(tài)軟件概述 28 MCGS組態(tài)軟件的特點(diǎn) 29 計(jì)算機(jī)控制與過(guò)程儀表控制比較 306結(jié)論 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄：英文資料及譯文 351. 英文資料 352. 譯文 431緒論 過(guò)程控制是通過(guò)各種檢測(cè)儀表、控制儀表（包括電動(dòng)儀表和氣動(dòng)儀表，模擬儀表和智能儀表）和電子計(jì)算機(jī)（看作一臺(tái)儀表）等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)督和自動(dòng)控制。本論文的目的是設(shè)計(jì)三容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中充分利用自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的串級(jí)控制。同時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)際控制的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了串級(jí)控制對(duì)提高系統(tǒng)性能的作用。過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)工業(yè)過(guò)程的特性和工藝要求，通過(guò)選用過(guò)程檢測(cè)控制儀表構(gòu)成系統(tǒng)，再通過(guò)PID參數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的最佳控制。有些機(jī)理復(fù)雜的過(guò)程至今尚未被人們所認(rèn)識(shí)，所以很難用目前過(guò)程辨識(shí)方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此設(shè)計(jì)能適應(yīng)各種過(guò)程的控制并非易事。在石油、化工、電力、冶金等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，過(guò)程控制的主要目的在于消除或減小外界干擾對(duì)被控量的影響，使被控量能穩(wěn)定控制在該值上，使工業(yè)生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗的目標(biāo)。之后，以最小二乘法為基礎(chǔ)的系統(tǒng)辨識(shí)，以極大值和動(dòng)態(tài)規(guī)劃為主要方法的最優(yōu)控制和以卡爾曼濾波理論為核心的最佳估計(jì)所組成的現(xiàn)代控制理論，開(kāi)始應(yīng)用于解決過(guò)程控制生產(chǎn)中的非線性，耦合性和時(shí)變性等問(wèn)題，使得工業(yè)過(guò)程控制有了更好的理論基礎(chǔ)。當(dāng)計(jì)算機(jī)接受了給定值和反饋量后，依照偏差值，按某種控制規(guī)律（PID）進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成對(duì)系統(tǒng)的控制作用。 （2）應(yīng)用程序由用戶根據(jù)要解決的控制問(wèn)題而編寫的各種程序（如各種數(shù)據(jù)采集﹑濾波程序﹑控制量計(jì)算程序﹑生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控程序），應(yīng)用軟件的優(yōu)劣將影響到控制系統(tǒng)的功能﹑精度和效率。 　　整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。 MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是由美國(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的，是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖象處理、語(yǔ)音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。(3) 圖形圖像系統(tǒng) 這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫生成、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層MATLAB命令，以及開(kāi)發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解法已經(jīng)成功地運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。上水箱、中水箱和下水箱為THJ2高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置中上、中、下三個(gè)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。顧名思義，試驗(yàn)法建模的主要特點(diǎn)是不需要深入了解過(guò)程的機(jī)理。它的原理很簡(jiǎn)單，在被控過(guò)程的輸入量作階越變化時(shí)，測(cè)定其輸出量隨時(shí)間變化的曲線，即得階越響應(yīng)曲線。 記錄階躍響應(yīng)參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)):16111627121738131849 14195 10 15 20 上水箱階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 中水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測(cè)定：控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,使應(yīng)參數(shù)測(cè)定初始開(kāi)度OP1=45,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。運(yùn)用MATLAB提供的一組函數(shù)polyfit、polyval以及plot可以得到比較滿意的多項(xiàng)式擬合曲線。)在MATLAB中繪出曲線如下： 上水箱擬合曲線 上水箱模型計(jì)算曲線根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算上水箱特性參數(shù)，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時(shí)，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，需確定K和T。 plot (x, y, xi, yi,39。yi=polyval(p, xi)。三容水箱液位定值控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是三容水箱，被控參數(shù)是下水箱液位，控制參數(shù)是上水箱的給水量，可用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t)，即e(t)=r(t)c(t)。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。三種方法都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。仿真結(jié)束時(shí)間設(shè)置為500s，仿真得到的波形圖如下： MATLAB加入副回路仿真曲線圖 去除副回路的仿真 將切換開(kāi)關(guān)置于上，去掉副回路，系統(tǒng)成為單回路控制系統(tǒng)，重新運(yùn)行仿真，得到仿真圖入下圖所示： MATLAB不加入副回路仿真曲線，引入副回路組成三容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)后動(dòng)態(tài)特性比不加入副回路的控制系統(tǒng)有了很大的改善，使不穩(wěn)定的三階系統(tǒng)變得穩(wěn)定，對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。這是過(guò)程控制發(fā)展的一個(gè)重要階段。工作原理：過(guò)程壓力通過(guò)壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)差分放大器、輸出放大器放大后，再經(jīng)V/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線形對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào)。（3）采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定（AT）功能。I=0。MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。簡(jiǎn)單易學(xué)的類Basic腳本語(yǔ)言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上方便地瀏覽與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一致的動(dòng)畫畫面，實(shí)時(shí)和歷史的生產(chǎn)信息，包括歷史趨勢(shì)，生產(chǎn)報(bào)表等等，并提供完善的用戶權(quán)限控制下面就是遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的在穩(wěn)定后突加階躍的過(guò)渡過(guò)程曲線。 計(jì)算機(jī)控制與過(guò)程儀表控制比較通過(guò)比較計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與過(guò)程儀表控制系統(tǒng)在在階躍響應(yīng)下的曲線和階躍響應(yīng)性能指標(biāo)，可以看出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在階躍量相同的情況下，它的超調(diào)量大于儀表控制，說(shuō)明儀表控制系統(tǒng)的性能優(yōu)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，這主要是因?yàn)閮x表控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定的要比計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的好。水箱的液位控制對(duì)石油、冶金、化工等行業(yè)來(lái)說(shuō)必不可少。然后我要感謝我的母校四年來(lái)對(duì)我的教育和關(guān)懷，四年大學(xué)生活讓我學(xué)到了很多，懂得