基于matlab液位控制系統(tǒng)研究與設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 15:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 改變水箱液位實現(xiàn)對被控對象的階躍信號輸入。(2) 通過在MCGS監(jiān)控軟件組建人機對話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開度,控制水箱進水量的大小，從而改變水箱液位，實現(xiàn)對被控對象的階躍信號輸入?？刂七M水量供水施加階躍輸入信號階躍響應輸出電動磁力泵電動調(diào)節(jié)閥上水箱/下水箱 水箱模型測定原理圖 1．上水箱階躍響應參數(shù)測定：按圖連接實驗線路,手動操作調(diào)節(jié)器,控制調(diào)節(jié)閥開度,使初始開度OP1=50,等到水箱的液位處于平衡位置時。改變調(diào)節(jié)閥開度至OP2=60,即對上水箱輸入階躍信號,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時間后,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 記錄階躍響應參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)):1713192814203915214101622511172361218242．下水箱階躍響應參數(shù)測定：按圖連接實驗線路,手動操作調(diào)節(jié)器,控制調(diào)節(jié)閥開度,使初始開度OP1=40,等到水箱的液位處于平衡位置時。改變調(diào)節(jié)閥開度至OP2=50,即對上水箱輸入階躍信號,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時間后,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 記錄階躍響應參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)): 113253749214263850315273951416284052517294153618304254719314355820324456921334557102234465811233547591224364860由于實驗測定數(shù)據(jù)可能存在誤差，直接使用計算法求解水箱模型會使誤差增大。所以使用MATLAB軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)最小二乘法原理和實驗數(shù)據(jù)對響應曲線進行最佳擬合后，再計算水箱模型。兩組實驗數(shù)據(jù)中將階躍響應初始點的值作為Y軸坐標零點，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為Y軸上的各階躍響應數(shù)據(jù)點；將對應Y軸上階躍響應數(shù)據(jù)點的采集時間作為曲線上各X點的值。3．求取上水箱模型傳遞函數(shù)在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令： x=0:30:420； y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:420； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。r39。)。 在MATLAB中繪出曲線如下：注：圖中曲線為擬合曲線，圓點為原數(shù)據(jù)點。數(shù)據(jù)點與曲線基本擬合。如圖所示，利用四階多項式近似擬合上水箱的響應曲線，得到多項式的表達式：P(t)≈(009)t4+(006)++。根據(jù)曲線采用切線作圖法計算上水箱特性參數(shù)，當階躍響應曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，需確定K和T。而斜率K為P(t)在t=0的導數(shù)P39。(0)= ,以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于A點,A點映射在t軸上的B點的值為T。階躍響應擾動值為10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值與階躍擾動值之比，所以上水箱傳遞函數(shù)為 在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令：x=0: 30:1650；y=[0 ]；p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:1650； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。r39。)。在MATLAB中繪出曲線如下：注：圖中曲線為擬合曲線，圓點為原數(shù)據(jù)點。數(shù)據(jù)點與曲線基本擬合。如圖所示，利用四階多項式近似擬合下水箱的響應曲線，得到多項式的表達式P(t)= (011)t4+(e008)t3 +.根據(jù)曲線采用切線作圖法計算下水箱特性參數(shù)，當階躍響應曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，(t)在t=0的導數(shù)P`(0)=,以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于A點,A點映射在t軸上的B點的值為T。階躍響應擾動值為10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值與階躍擾動值之比，所以下水箱傳遞函數(shù)為。在實驗建模的過程中，實驗測取的被控對象為廣義的被控對象，其動態(tài)特性包括了調(diào)節(jié)閥和測量變送器，即廣義被控對象的傳遞函數(shù)為，為調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，Gm(s)為測量變送器的傳遞函數(shù)。三．系統(tǒng)控制方案設計與仿真控制方案設計是過程控制系統(tǒng)設計的核心，需要以被控過程模型和系統(tǒng)性能要求為依據(jù)，合理選擇系統(tǒng)性能指標，合理選擇被控參數(shù)，合理設計控制規(guī)律，選擇檢測、變送器和選擇執(zhí)行器。選擇正確的設計方案才能使先進的過程儀表和計算機系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮良好的作用。 PID控制原理目前，隨著控制理論的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，PID控制技術日趨成熟。先進的PID控制方案和智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，并且在工程實際中得到了廣泛的應用?，F(xiàn)在有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的計算機系統(tǒng)等。在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。y(t)++r(t) 比例P積分I微分D被控對象 PID控制基本原理圖PID控制器是一種線性負反饋控制器，根據(jù)給定值r(t)與實際值y(t)構(gòu)成控制偏差：。PID控制規(guī)律為：或以傳遞函數(shù)形式表示：式中，KP:比例系數(shù) TI:積分時間常數(shù) TD:微分時間常數(shù) PID控制器各控制規(guī)律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系，能較快克服擾動，使系統(tǒng)穩(wěn)定
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