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(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(duì)象。水箱液位是通過(guò)壓力液位傳感器測(cè)得，將檢測(cè)到的液位信號(hào)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(guò)PID運(yùn)算后，其輸出信號(hào)作為調(diào)節(jié)器——電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門的開度信號(hào)，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(cè)元件，并通過(guò)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(guò)渦輪流量計(jì)檢測(cè)支路進(jìn)水量，在擾動(dòng)進(jìn)入水箱改變液位之前，通過(guò)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(huì)出現(xiàn)過(guò)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(wú)中介液的壓力測(cè)量技術(shù)，發(fā)揮了傳感器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使變送器具有優(yōu)異的性能。具有抗過(guò)載和抗沖擊能力強(qiáng)，溫度漂移小，穩(wěn)定性高，測(cè)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(hào)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(guò)信號(hào)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(hào)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(hào)：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(lái)對(duì)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(cè)。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(jiǎn)單可靠，內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，幾乎無(wú)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(hào)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(lái)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(lái)確定。（3）選擇合適的流量特性?？刂崎y的流量特性，考慮對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)償及管路阻力情況來(lái)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(lái)考慮。當(dāng)閥上控制信號(hào)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(duì)控制回路的水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國(guó)PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無(wú)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(hào)420mA及單相電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單，泄露量少的優(yōu)點(diǎn)[10]。（四）PLC采用西門子公司的PLC，型號(hào)為s7300。控制臺(tái)右邊為信號(hào)I/O接口部分，從上到下依次有開關(guān)量I/O信號(hào)通道借口、模擬量輸入通道接口、模擬量輸出通道接口?？刂婆_(tái)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(duì)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(guò)過(guò)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(duì)過(guò)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(duì)被控量的影響。為前饋控制器，為過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，為過(guò)程控制通道傳遞函數(shù)，為系統(tǒng)可測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)象干擾通道的z傳遞函數(shù)，是對(duì)象控制通道的z傳遞函數(shù)。 設(shè)對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)象。這種模型可較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)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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