【正文】 當(dāng) MATLAB 工作空間。程序運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤是指程序的運(yùn)行結(jié)果有錯(cuò)誤，這類錯(cuò)誤也誤稱為程序的運(yùn)行結(jié)果有錯(cuò)誤，這類錯(cuò)誤也稱為程序邏輯錯(cuò)誤。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。如圖 所示。PID 與個(gè) Transer F 組成主回路，然后 PID 跟 Transer F 1 組成系統(tǒng)中的副回路，液位傳感器分別由Scope、Scope1（示波器）導(dǎo)出信號(hào)。 MATLAB 環(huán)境下的 SIMULINK 仿真自動(dòng)控制仿真方法有很多種，如可編程控制器的控制系統(tǒng)（PLC）是通過用MCGS 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)仿真。e0(3)=E1。3. 在圖視系統(tǒng)上， 高層繪圖指令的排版能力、讀寫圖象文件能力、低層指令結(jié)構(gòu)的改變和能力都得到明顯的增強(qiáng)。 MATLAB 的主要特點(diǎn)1. 運(yùn)算符和庫函數(shù)極其豐富，語言簡(jiǎn)潔，編程效率高，MATLAB 除了提供和 C語言一樣的運(yùn)算符號(hào)外，還提供廣泛的矩陣和向量運(yùn)算符。是取決于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門特性的系數(shù)，可以假定它是常數(shù)；k1 是與負(fù)載閥門開度有關(guān)的系數(shù)，在負(fù)載閥門開度固定不變的情況下，k1 看作是一個(gè)常數(shù)。 液位系統(tǒng)CC水泵儲(chǔ)水箱手動(dòng)伐下水箱上水箱手動(dòng)伐液位傳感器P I D 1P I D 2液位傳感器L T 1L T 2電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 液位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖此系統(tǒng)由控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水泵、上水箱、下水箱、儲(chǔ)水箱和液位變送器模塊等組成。推理過程模仿人的思維過程。只有存在偏差 e(t)時(shí)，它的積分才會(huì)為一個(gè)常數(shù)，控制作用才是一個(gè)不會(huì)增大的常數(shù)。由于比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù)，所以整定很方便。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)能夠迅速克服進(jìn)入副環(huán)擾動(dòng)的影響，并使系統(tǒng)余差大大減小，從而是液位快速的回到系統(tǒng)所給定要求的液位狀態(tài)。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。湖北文理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文) 正文題 目 基于 MATLAB的串級(jí) PID控制系統(tǒng)專 業(yè) 機(jī)電一體化工程班 級(jí) 機(jī)電 0811 班姓 名 姜鵬學(xué) 號(hào) 08862095指導(dǎo)教師職 稱2022 年 4 月 20 日摘 要本文是用 MATLAB 編制算法程序的串級(jí) PID 去實(shí)現(xiàn)對(duì)上下水箱的液位控制。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。 用 MATLAB 進(jìn)行 PID 控制的優(yōu)點(diǎn)MATLAB 具有強(qiáng)大、豐富的內(nèi)置函數(shù)，以及高度靈活的可編程性，特別適合數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示，所以用 MATLAB 進(jìn)行 PID 控制能夠數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示，能夠及實(shí)時(shí)掌握控制的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。但這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)有余差，且與比例度近似成正比。可見，積分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏。但由于介入了人類的經(jīng)驗(yàn)，因而能夠處理復(fù)雜甚至“病態(tài)”系統(tǒng) 串級(jí) PID 控制器 所謂串級(jí) PID 控制就是第一級(jí)數(shù)字 PID 的輸出不直接用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是作為下一級(jí)數(shù)字 PID 的輸入值，并與第二級(jí)的給定值進(jìn)行比較，其偏差作為第二級(jí)數(shù)字 PID 的控制量。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)上水箱的進(jìn)水量的大小，液位變送器用于檢測(cè)上水箱和下水箱中的液位。將式()表示成增量形式為 （2????111iodHQAt10）式中，?Qi、 ?Qo?H 1分別為偏離某一平衡狀態(tài) Qi0、Q OH 01的增量，H 1為上水箱液位高度。利用其運(yùn)算符號(hào)和庫函數(shù)可使其程序相當(dāng)簡(jiǎn)短，兩三行語句就可實(shí)現(xiàn)幾十行甚至幾百行C 或 FORTRAN 的程序功能。 軟件流程圖軟件流程圖如圖 所示。u(1)=u0(1)+kp1*[e0(3)e0(2)]+kp1*t/ti1*e0(3)+kp1*td1/t*[e0(3)2*e0(2)+e0(1)]。也可用單片機(jī)實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，但MATLAB 作為當(dāng)前國際控制界最流行的面向工程與科學(xué)計(jì)算的高級(jí)語言，他可輕易地實(shí)現(xiàn) C 或 FORTHAN 語言幾乎全部功能，并設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大、界面優(yōu)美、穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量程序，編程效率和計(jì)算效率極高。最后通過 To Workpack 調(diào)入函數(shù)。圖 串級(jí) PID 液位系統(tǒng)仿真模型6. 仿真結(jié)果的運(yùn)行、觀察和調(diào)試從 c:\MATLABR11\work\pro 下調(diào)用 pidc*m 程序，開始對(duì)液位系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真，利用經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整，得到相應(yīng)的 PID 參數(shù)分別為Kp=，Ki=，Kd=5，PID 控制的液位串級(jí)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。調(diào)試器的使用MATLAB 程序邏輯/調(diào)試器上與調(diào)試有關(guān)的主要菜單項(xiàng)及按鈕有：Continue:恢復(fù)持續(xù)運(yùn)行至結(jié)束或另一個(gè)斷點(diǎn)。這樣，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)可以詢問。5. 在 M 文件開始，在 Function 語句前加上%，將函數(shù) M 文件改變腳本 M 文件。 程序的調(diào)試一般來說，應(yīng)用程序的錯(cuò)誤有兩類，一類是語法錯(cuò)誤，另一類是運(yùn)行是的錯(cuò)誤語法錯(cuò)誤包括詞法或文法的錯(cuò)誤，例如函數(shù)名的拼寫錯(cuò)誤、表達(dá)式書寫錯(cuò)誤等。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(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。最后，把三部分組合起來就成為一個(gè)基于 MATLAB 的串級(jí) PID 液位系統(tǒng)仿真模型。2）函數(shù)與仿真模塊在 SIMULINK 仿真模塊中，PID 控制器由 Step、integral 和 derivative 三個(gè)模塊加一個(gè) SUM 模塊組成，串級(jí) PID 控制器是用一個(gè) PID 模塊再加 2 個(gè) Transer F（傳遞函數(shù)）組成來表達(dá)串級(jí) PID 控制回路。5）kptd1 和 ti1 和 kptd2 和 ti2 分別表示 PID1 和 PID2 的比例（偏差放大）系數(shù)、微分時(shí)間和積分時(shí)間；t 表示采樣時(shí)間。% pid1 algorithmE1=s(3)v(3)。2. 在工作環(huán)境上， 大量引入圖形用戶界面，把圖形顯示窗改造成了交互操作的可編輯圖形界面；引入了全方位幫助系統(tǒng)，調(diào)試器被圖形化，與編輯器集成為一體；只需點(diǎn)動(dòng)交互窗上的調(diào)試圖標(biāo)就可完成對(duì)程序的調(diào)試；剖析指令的分析報(bào)告特別詳細(xì)，它可以在 MATLAB 指令窗中“隨時(shí)”進(jìn)行安裝 Notebook ，省時(shí)靈活；另外環(huán)境可運(yùn)行文件的多樣化。MATLAB 具有強(qiáng)大、豐富的內(nèi)置函數(shù)，以及高度靈活的可編程性，特別適合數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示。顯然任何時(shí)候水位的變化均滿足下述物料平衡方程 （211iodHQAt??7）其中 （2iK?8）設(shè)液體是不可壓縮的，通過閥的液流是湍流，則其流量公式為： （2????11oQtkHt?9）其中 A1為水箱的橫截面積，μ 為調(diào)節(jié)的開度,K 181。故在本設(shè)計(jì)中，擬選用串級(jí) PID 控制器。4. 控制推理采用“不精確推理” 。積分部分?jǐn)?shù)學(xué)表達(dá)式為： 01()tedTi?從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就會(huì)不斷增加。 PID 控制器 比例積分積分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)被控對(duì)象給定 e ( t )r ( t )u ( t )+++y ( t )圖 PID 控制系統(tǒng)原理框圖比例（P）控制純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很快。即副環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行粗調(diào)，主環(huán)回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行細(xì)調(diào)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。首先對(duì)水箱進(jìn)行抽象化，建立其數(shù)學(xué)模型，通過控制工程的知識(shí)求出傳遞函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)出 MATLAB 的控制程序；然后用串級(jí) PID 控制系統(tǒng)去控制這個(gè)經(jīng)典的水位控制系統(tǒng)，在處理水位的自平衡問題時(shí)，用 MATLAB 作為上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和動(dòng)畫仿真，可以直觀地知道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也可以獲得實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以及其曲線圖；然后通過調(diào)整參數(shù)，能使水位在有擾動(dòng)的情況下能快速、穩(wěn)定、精確地對(duì)其產(chǎn)生響應(yīng)，從而達(dá)到水位的自平衡。另外，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。從而方便觀察。其傳遞函數(shù)為: （2()1CSPGK??1） 式中 Kp 為比例系數(shù)， 為比例帶。積分時(shí)間常數(shù) Ti對(duì)積分部分的作用影響極大。 串級(jí) PID 控制是一種復(fù)雜控制系統(tǒng)，本課題的串級(jí) PID 控制器是由兩個(gè) PID 串聯(lián)連接組成，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，每一個(gè)回路中都有一個(gè)屬于自己的調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象。控制器的輸出量用于控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。非線性項(xiàng) 展開成泰勒級(jí)數(shù)為：??1t??01101 01HdH????? ??012 201!Hd?略去高于一次小增量 的項(xiàng)，有：??????? （201101 01012HHdH? ???????11）則式 29 可得： （2?? ??01101 01012iidHkHQtAA???????????????12）由于 ，??010111dddHtttt????在穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)流入水箱的流量與流出水箱的流量是相等的，即： 01001ioQkH所以由 211 式可得： （21012idHkQtA??????A13）而 iQK??所以 （21012KdHktA????????A14）在實(shí)際使用中，為簡(jiǎn)單計(jì)算，常略去增量符號(hào)，即： （2??????1 1012KdHtkHt