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正文內(nèi)容

基于可編程控制的單容控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-07-19 17:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 ,但是當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷或干擾變化比較劇烈或比較頻繁,或調(diào)節(jié)質(zhì)量要求更高時(shí),僅采用單回路反饋的PID調(diào)節(jié)方案就不太合適了。 根據(jù)要求,為了保證控制精度,將水箱液位作為被控對象。水箱液位是通過壓力液位傳感器測得,將檢測到的液位信號與給定液位值進(jìn)行比較后送入調(diào)節(jié)器,在PLC中經(jīng)過PID運(yùn)算后,其輸出信號作為調(diào)節(jié)器——電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門的開度信號,控制進(jìn)水量的大小,從而控制液面高度[9]。前饋—反饋控制就是在單回路反饋控制的基礎(chǔ)上,在擾動(dòng)量支路中加入檢測元件,并通過前饋補(bǔ)償器在擾動(dòng)產(chǎn)生影響前減小或消除擾動(dòng)。在前饋—反饋控制系統(tǒng)中,擾動(dòng)進(jìn)水支路為擾動(dòng)量,在擾動(dòng)支路中通過渦輪流量計(jì)檢測支路進(jìn)水量,在擾動(dòng)進(jìn)入水箱改變液位之前,通過前饋補(bǔ)償器的計(jì)算減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度,使液位不會出現(xiàn)過大的改變,使擾動(dòng)在產(chǎn)生偏差之前消除偏差??蛇_(dá)到更好的控制精度。(一)壓力液位傳感器 KYB18G01M1P1C2擴(kuò)散硅壓力變送器采用無中介液的壓力測量技術(shù),發(fā)揮了傳感器的技術(shù)優(yōu)勢,使變送器具有優(yōu)異的性能。具有抗過載和抗沖擊能力強(qiáng),溫度漂移小,穩(wěn)定性高,測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。KYB18G01M1P1C2 擴(kuò)散硅壓力變送器由傳感器和信號處理電路組成。其中傳感器壓面設(shè)有惠斯頓電橋,當(dāng)增加壓力時(shí),電橋各橋臂電阻值發(fā)生變化,通過信號處理電路,轉(zhuǎn)換成電壓變化,最終將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)(4~20)mA信號輸出,所以設(shè)計(jì)采用KYB18G01M1P1C2 型擴(kuò)散硅壓力變送器壓力液位變送器采KYB18G01M1P1C2型,量程:0~10Kpa ,輸出信號:4~20mA DC, 輸出:4~20maDC許負(fù)載電阻為0~750歐姆,基本誤差:%。(二)流量變送器 流量傳感器用來對電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測。主要優(yōu)點(diǎn):1)采用整體焊接結(jié)構(gòu),密封性好;2)結(jié)構(gòu)簡單可靠,內(nèi)部無活動(dòng)部件,幾乎無壓力損失;3)采用低頻矩形波勵(lì)磁,抗干擾性能好,零點(diǎn)穩(wěn)定;4)儀表反映靈敏,輸出信號與流量呈線性關(guān)系,量程比寬;所以采用GYB03131型電磁流量傳感器, 量程:0~10Kpa,系數(shù)K: 供電:24v DC,環(huán)境溫度:20℃~+60℃,輸出:4~20ma。(三)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(1)合理選用閥型和閥體、閥內(nèi)件的材質(zhì)。主要從被控流體的種類、腐蝕性和粘度、流體的溫度、壓力、最大和最小流量及正常流量時(shí)的壓差等因素來確定。(2)正確確定控制閥的口徑。閥的口徑確定是根據(jù)工藝提供的有關(guān)參數(shù),計(jì)算出流量系數(shù)來確定。(3)選擇合適的流量特性??刂崎y的流量特性,考慮對系統(tǒng)的補(bǔ)償及管路阻力情況來確定。(4)控制閥的開閉形式確定。開閉形式的確定主要是從生產(chǎn)安全角度出發(fā)來考慮。當(dāng)閥上控制信號或氣源中斷時(shí),應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害人員。如事故情況下控制閥處于關(guān)閉位置時(shí)危害較小,則選用氣開式,反之,應(yīng)選用氣閉式。 綜上所述,采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對控制回路的水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,無需配伺服放大器,驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電動(dòng)機(jī),運(yùn)行平穩(wěn),體積小,力矩大,抗堵轉(zhuǎn),控制精度高??刂茊卧c電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化,可靠性高、操作方便,并可與計(jì)算機(jī)配套使用,組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號420mA及單相電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對壓力、流量、溫度、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié),具有體積小,重量輕,連線簡單,泄露量少的優(yōu)點(diǎn)[10]。(四)PLC采用西門子公司的PLC,型號為s7300??刂婆_右邊為信號I/O接口部分,從上到下依次有開關(guān)量I/O信號通道借口、模擬量輸入通道接口、模擬量輸出通道接口??刂婆_左邊為PLC控制器。從左到又分別為24VDC電源模塊、CPU315主機(jī)模塊、8塊模擬量SM331模塊、2路模擬量輸入SM331模塊(2塊)、4路模擬量輸入SM332模塊。(一)前饋控制器設(shè)計(jì) 單回路控制器,即PID控制器的傳遞函數(shù)為。被控對象一階單容水箱的傳遞函數(shù)為。前饋控制器的設(shè)計(jì)依據(jù)是不變性原理。作為一個(gè)前饋控制系統(tǒng),在擾動(dòng)發(fā)生后,必將經(jīng)過過程的擾動(dòng)通道引起被控量變化,與此同時(shí),前饋控制器根據(jù)擾動(dòng)的性質(zhì)及大小對過程的控制通道施加控制,使被控量發(fā)生與前者相反的變化,以抵消擾動(dòng)對被控量的影響。為前饋控制器,為過程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù),為過程控制通道傳遞函數(shù),為系統(tǒng)可測不可控?cái)_動(dòng),為被控參數(shù)。典型的前饋—反饋控制系統(tǒng)框圖,如圖21,它是由一個(gè)反饋回路和一個(gè)開環(huán)補(bǔ)償回路疊加而成的復(fù)合系統(tǒng)。圖 22 前饋—反饋控制系統(tǒng)原理圖由圖22知,在擾動(dòng)作用下,系統(tǒng)輸出為:      (2.1)上式中,等式右方第一項(xiàng)是擾動(dòng)量對被控量的影響;第二項(xiàng)是前饋校正作用,第三項(xiàng)是反饋校正作用。 圖22所示單回路前饋—反饋恒值系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為: =      (2.2)根據(jù)絕對不變性原理,應(yīng)有=0,從而可知,前饋模型為: Wm(s)= — (2.3)是前饋控制器z傳遞函數(shù),是對象干擾通道的z傳遞函數(shù),是對象控制通道的z傳遞函數(shù)。 設(shè)對象干擾通道和控制通道的傳遞函數(shù)分別為 = = 經(jīng)推導(dǎo)可 =—= (2.4)式中,= 為靜態(tài)放大系數(shù); 微分方程為 (2.5) 若選擇采樣頻率足夠高,也即采樣周期足夠短,則可對微分方程離散化,得到差分方程為 (2.6)式中,取整整理得 (2.7)式中,;;靜態(tài)前饋控制只能保證被調(diào)參數(shù)的靜態(tài)偏差接近或等于零,而不能保證被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差接近或等于零。當(dāng)要求嚴(yán)格控制動(dòng)態(tài)偏差時(shí),就要采用動(dòng)態(tài)前饋控制。動(dòng)態(tài)前饋控制必須根據(jù)過程干擾通道和控制通道的動(dòng)態(tài)特性,采用專用前調(diào)節(jié)器[13]。 型前饋調(diào)節(jié)器,這是一種“超前—滯后”動(dòng)態(tài)前饋模型。當(dāng)T1T2時(shí),前饋補(bǔ)償具有超前特性,適用于控制通道滯后(指時(shí)間常數(shù))大于干擾通道滯后的對象。當(dāng)T1T2時(shí),前饋補(bǔ)償具有滯后特性,適用于控制通道滯后小于干擾通道滯后的對象。這種模型可較好的實(shí)現(xiàn)對干擾的補(bǔ)償,目前得到廣泛的應(yīng)用。所以,整理得 (2.8)式中,;;根據(jù)式()便可編制前饋控制程序,
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