【正文】 在此我還要非常感謝我的師兄儲成旭的指導與幫助。如果經(jīng)過濾波處理，能否減小穩(wěn)態(tài)時的振蕩，可以進一步深入研究。 用 菲尼克斯 實現(xiàn)算法的詳細步驟如下： 首先調用初始化程序 OB100，完成初始化和寫 PID模塊控制參數(shù)。 模擬量輸出輸入模塊：其適用于連接標準傳感器以獲取標準化電流與電壓信號。該控制器可使用 inline I/O 模塊進行簡單擴展 并提供一個集成式 WEB 服務器。 圖 34 IMC 控制仿真圖 如圖 34，這是一個串級控制的仿真圖，圖中 F1 是非線性模塊， Transfer F3 是副回路的PI 控制器， Gain1 是為了流量和調節(jié)閥開度匹配的增益系數(shù)，設為 。單回路控制系統(tǒng)一般情況下都能滿 足正常生產(chǎn)的要求，但是在純滯后較大，負荷和干擾變化較大或者工藝質量要求很高的時候采用單回路的方法就不太有效。 為求取圖 31 中輸入 )(sR 、擾動 )(sD 與過程輸出 )(sY 之間的傳遞函數(shù) , 將圖 31 進行如圖 32(a)所示的簡單變換，從而得到經(jīng)典的反饋形式，如圖 32(b)所示。 （ 3）經(jīng)過 1個小時左右，液位基本不變化。 5）實驗結束后， 對于實驗中的數(shù)據(jù)要進行處理，一些明顯偏離實際曲線的數(shù)據(jù)進行刪除。 (2)試驗建模 ──在機理模型無法確定的情況下，可采用試驗建模的方法得到對象的數(shù)學模型。 在實驗過程中儲水罐要保證有充足量的水來實現(xiàn)設備的大循環(huán)。 第四章 設計實現(xiàn)液位過程液位控制控制系統(tǒng)，以菲尼克斯 ILC131 ETH型 PLC，利用PLC編程軟件對 IMC算法進行編程實現(xiàn)，并使用力控監(jiān)控軟件對此液位控制系統(tǒng)實現(xiàn)組態(tài)和監(jiān)控；實驗驗證控制效果， 并將其與傳統(tǒng) PID控制效果進行比較分析。 隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的推進，內模控制發(fā)生著與時俱進的變化，其結構由淺入深，由復雜到簡單。所以這就要求我們不斷改進控制系統(tǒng)的參數(shù)及結構去適應多變的控制對象，進而使得控制效果達到我們工業(yè)生產(chǎn)的目的。設計液位過程 PLC 控制系統(tǒng)，包括液位計、流量計、調節(jié)閥、 PLC 輸入 /輸出模塊的接線，以及與 PC 機間的通訊連接。所以內模控制不僅是一種先進的控制算法，而且是研究預測控制模型的控制策略的重要理論基礎！ 本論文基于東南大學過程控制實驗室 HGK1 型過程控制實驗平臺，以該平臺中的液位過程為研究對象，設計基于可編程序控制器（ PLC）的過程控制系統(tǒng)，采用內模控制（ IMC）算法，仿真并實驗研究 IMC 在該過程中的應用效果。 隨著高新技術的發(fā)展和應用對控制系統(tǒng)性能的要求越來越高，控制界對控制系統(tǒng)的研究也日益完善。 1974年，德國學者 frank首先提出內?？刂平Y構， 1979 年Brosilow在推斷控制基礎上，證明了內?？刂剖峭茢嗪皖A測控制系統(tǒng)的核心，并提出幾種設計內?？刂破鞯姆椒ā? 本文的主要內容和章節(jié)安排如下： 第一章 介紹了有關內?？刂频难芯勘尘?,內模控制的控制的發(fā)展現(xiàn)狀和前景以及本文的研究目 的。 (2)變頻器，用來調節(jié)小流量泵的出水流量。還可為操作人員提供仿真操作的平臺，從而為高速、安全、低成本地培訓工程技術人員和操作員提供借鑒，并有可能制定大型設備的啟動和停車操作方案。 3）實驗應在階躍信號做正方向和反方向的變化，同時分別測出兩個方向的階躍響應曲線，以檢驗被控過程的非線性程度。實際情況是液位在很長一段時間內還會緩慢變化上升。 同樣，若 0)( ?sR , 0)( ?sD ， 且假設模型正確，將式 ()帶入式 ()，此時： 0)()]()(11[)()]()(1[)( ????? sDsGsGsDsGsGsY mmpc () 可 見，只要模型不存在建模誤差該假設條件成立，不管干擾 )(sD 如何，內?？刂凭煽朔饨鐢_動 [15]。時間常數(shù)增大，系統(tǒng)魯棒性增強，但是跟蹤滯后變大，系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)的時間增加。由控制原理知道，零頻增益為無窮大的反饋控制可以消除由外界擾動引起的余差。使用菲尼克斯可以方便地對控制系統(tǒng)編程； WINCC 軟件對系統(tǒng)進行組態(tài)并提供圖形監(jiān)控和人機界面，從而完成整個控制任務。 電源功率模塊： inline 電源模塊用于在一個 inline 站內對各個電壓連接進行供電，保護和診斷。 根據(jù)圖 41，整個控制流程可以分為以下幾步： 東南大學成賢學院畢業(yè)設計報告 20 (1)將上一次實際液位和預測液位之間的偏差與設定值進行比較，得到新的偏差，通過內模控制器計算出液位設定值，并以液位設定值通過理論模型計算出預測液位。 最后的實驗結果表明，對于本文中所建立的一階慣性形式 的流量 液位模型， IMC設計方法能非常便捷地設計出控制器以及整定參數(shù)，得到了很好的控制效果。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。在此，也對他們表示衷心感謝。如果能建立流量和閥門開度之間的模型，就可以結合內環(huán)從理論上計算出一個相對精確的理論模型，控制效果能得到提升。 第 2步調用報警模塊 FC6；該模塊在液位超過 500mm的時候報警。 溫度測量模塊：這些 Inline 模塊可用于連接熱電偶（ UTH)和電阻溫度傳感器 (RTD)。它有以下幾個類型：帶遠程總線支持的緊湊型控制器 ILC 151 ETH ；帶兩個以太網(wǎng)口和一個 SD 卡插槽的緊湊型控制器 ILC 171 ETH 2TX；集成浮點算術單元的高性能緊湊型控制器 ILC 191 ETH 2TX；東南大學成賢學院畢業(yè)設計報告 18 還有一個是緊湊型控制器 ——基本型應用 ILC 131 ETH。它是 由菲尼克斯電氣有限責任公司的自動化控制產(chǎn)品及軟件產(chǎn)品設計的一個完整的控制方案，其組成包括可編程序控制器，人機接口，工控軟件及監(jiān)控界面等產(chǎn)品，通過現(xiàn)場總線以及相應的通訊軟件將各種設備以高速、確定的數(shù)字通訊方式連網(wǎng)。它的主要優(yōu)點有：結構簡單，操作簡便，容易實現(xiàn)，并且具有很好的動態(tài)性能和魯棒性能。 內?？刂破髟O計 內模控制器是在 “模型沒有誤差，而且可逆 ”這個假設條件下的理想反饋控制器。 圖 25 實際液位曲線圖 東南大學成賢學院畢業(yè)設計報告 10 圖 26 實際流量曲線圖 圖 27 擬合 曲線 由上擬合曲線在 Matlable軟件上可以得出數(shù)學模型為 : Y= 1169X?? （ 1） 由（ 1）式可得： 放大系數(shù)（增益） K=150 mm min /L （ 2） 時間常數(shù) T=1169s （ 3） 由（ 2）（ 3）可得被控對象數(shù)學模型為 11169150)( ?? ssGp （ 4） 將所得模型在 Simulink中仿真后，和實際數(shù)據(jù)以及擬合曲線相比較。 液位建模步驟 本次試驗選取變頻器衡定頻率工 作，用來給整個系統(tǒng)提供水量。 這種應用對象輸入輸出的實測數(shù)據(jù)來決定其模型結構和參數(shù)的方法，通常稱為系統(tǒng)辨識。對象數(shù)學模型與真實控制對 象比較符合就能得到穩(wěn)定的階躍曲線，為了能夠對控制系統(tǒng)進行深入的學習，需要分別對控制系統(tǒng)和擾動通道進行數(shù)學建模，從而得到更完美的控制效果。重點討論采用試驗建模法建立液位控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。到目前為止內?？刂频幕驹砗蜆嬙炜蚣芤训玫匠浞值难芯亢蛻?，現(xiàn)在的內?？刂婆c其他的控制方法結合在一起，功能相互包含、相互滲透、相互依存，從而達到了最完美的控制效果，也使得內?？刂频膬?yōu)勢得到了最充分的發(fā)揮。在其他的一些領域如非線性過 程的控制，大時滯過程的控制和魯棒性調節(jié)器的研究與控制都得到充分的發(fā)揮。編寫基于 PLC 的 IMC 應用軟件，以及基于 PC 上位機的應用組態(tài)軟件，實現(xiàn)液位過程的自動控制和監(jiān)督管理，仿真和實驗證明了該方 案的有效性。內?？刂凭哂泻芏鄡?yōu)點，如設計簡單，控制性能好，性能分析優(yōu)越等。 IMCPID。 內模控制的發(fā)展現(xiàn)狀與前景 內?？刂?(IMC)產(chǎn)生的背景主要有兩個方面：一是為了對當時提出的兩種預測控制算法MAC和 DMC進行系統(tǒng)分析；其次是作為 Smith預估器的一種擴展，使設計更為簡便，魯棒及抗擾性大為改善。通過這次畢業(yè)設計可以了解IMC這種先進的控制算法，學習掌握 IMC算法原理及其在液位控制過程中的實現(xiàn)方法，掌握基于階躍響應的過程建模方法以及在 MATLAB環(huán)境下的 IMC仿真實現(xiàn)方法，編寫 IMC應用軟件和組態(tài)軟件等。 (3)渦輪流量傳感器 用來檢測單相 水泵動力支路的流量，包括供水流量以及出水流量。這離不開對被控對象特性的了解，而且主要是依靠對象的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型進行優(yōu)化 4）優(yōu)化控制系統(tǒng)及設計控制算法 ──在系統(tǒng)優(yōu)化和確定控制算法的過程中，需要以被控對象的數(shù)學 模型為依據(jù)。為了得到精確的測試結果，應注意以下事 項 [7]： 1） 合理選擇階躍擾動信號的幅度，既不能太大，以免影響正常生產(chǎn)，也不能過小，以防止被控過程的不真實。 具體步驟以其中一次實驗為例進行說明： （ 1）開機上電后，啟動變頻器，在上位機上設置閥門開度 20%大小。 此時 模型的輸出 )(~sY 與過程輸出 )(sY 相等，反饋信號為零。 這里取 r=1， ? 暫時取 40，可以得到： ?? 14015011169)( ??? sssGc （ ） 需要注意的是，因為式 ()中的控制器是基于零極點相消原理來設計的，因而這種形式的內?？刂扑惴ú荒軕糜陂_環(huán)不穩(wěn)定過程 [13]。 2 11 1()1 ppI D Ic I F p psssC s k s s k s??? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ????? ??? ? ? ??? ? ? ? ?? () 根據(jù) 和第二章 得到的過程模型 ()mGs，可得： 1169176????picpc kk???? 進行閉環(huán)仿真，考慮系統(tǒng)動態(tài)性能和魯棒性，調整 ? 大小。 檢測儀表 :壓力，液位，流量傳感器。 Inline 數(shù)字量輸入模塊專門用于連接從如控制開關，限位開關或接近開關引出的數(shù)字量信號。 IMC 算法的計算流程 IMC是一種基于模型的控制，與 PID算法相比，他對模型精度的依賴比較強。 IMC的控制性能與 PID控制相當，而理論清晰、設計簡單，只需要整定一個參數(shù)就能得到很好的效果，比需要憑借經(jīng)驗試湊的 PID整定要方便得多，體現(xiàn)出了先進控制算法的優(yōu)越性。四年的大學生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。趙志誠 內?？刂蒲芯烤C述 [J] 電氣自動化 , 20xx,12(1),0115. [3]陳夕松 .過程控制系統(tǒng) [M] .北京 .科學出版社 ,20xx. [4]趙曜 . 最小能量有限拍魯棒控制系統(tǒng)的設計 [J]. 自動化學報 , 1993, 19(3): 340345. [5] Chawkul N, Budman H, Douglas P L. The integration of design and control: IMC control and robustiness[J]. Computers amp。當前采樣時間是從書上得到的經(jīng)驗值，濾波器常數(shù)也只是通過仿真確定了一個粗略的范圍。 本文主要完成了如下工作： HGK1 型過程控制實驗平臺的結構。 Inline 站內的總線耦合器具有如下功能：（ 1）刷新 INTERBUS 遠程總線控制信號（ 2）使用軟件指令斷開遠程總線或已連接的 I/O 模塊（ 3）使用集成供電模塊為已連接的輸出 /輸入模塊供電 東南大學成賢學院畢業(yè)設計報告 19 IMC 算法的 PLC實現(xiàn) 系統(tǒng)結構圖 由第三章的討論分析，以及考慮 HGK1型過程控制系統(tǒng)的實驗裝置，本文決定采用IMC—PID的串級控制實現(xiàn)水位的恒定的控制，如圖 41所示。 PC WORX 是一款適用于所有菲尼克斯電氣控制器的符合 IEC61131 標準的通用自動化軟件，其 界面能夠快速方便的顯示項目概況。 控制系統(tǒng)