【文章內(nèi)容簡介】 性比不加入副回路的控制系統(tǒng)有了很大的改善，使不穩(wěn)定的三階系統(tǒng)變得穩(wěn)定，對被控對象的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。 加入擾動維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線. 經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動信號?？刂破鲄?shù)不變。 SIMULINK加入擾動仿真框圖 MATLAB加入副回路擾動仿真曲線 MATLAB不加入副回路擾動仿真曲線，引入副回路組成三容水箱液位串級控制系統(tǒng)后能夠很好的克服進(jìn)入副回路的擾動,。 綜上所述,、抗擾動能力等方面與非串級控制系統(tǒng)是較為有效的。,不可能得到與計(jì)算機(jī)仿真一致的理想曲線和控制性能。 在現(xiàn)實(shí)生活以及生產(chǎn)實(shí)踐中，液位控制主要有過程儀表控制和計(jì)算機(jī)控制兩種方案，由于條件有限，無法對著兩種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，因此參考其他資料對其進(jìn)行簡單的介紹和比較，作初步的了解。 20世紀(jì)50年代前后，一些工廠企業(yè)的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動化。這是過程控制發(fā)展的一個重要階段。到了六十年代以來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對過程控制提出了新的要求；隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，也為自動化技術(shù)工具的完善創(chuàng)造了條件，氣動和電動單元組合儀表應(yīng)運(yùn)而生。大規(guī)模集成電路制造成功與微處理器的相繼問世，使得自動化技術(shù)工具方面有了新的發(fā)展，諸如以微處理器為核心的智能單元組合儀表（包括可編程調(diào)節(jié)器和DDZш系列智能儀表）的開發(fā)和廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的儀表控制系統(tǒng)方案中所使用的調(diào)節(jié)器就是一種智能單元組合儀表。儀表過程控制系統(tǒng)是利用智能儀表與一次儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥等動作裝置組建的控制系統(tǒng)，用于工業(yè)現(xiàn)場控制，其控制方式可以是直接手動調(diào)節(jié)給定輸出值，也可是儀表可按其預(yù)設(shè)工作方式自動調(diào)節(jié)輸出信號進(jìn)行控制。 過程儀表介紹 檢測部分在過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，測量和變送是信息獲取和傳送的重要環(huán)節(jié)，在工程上為了提高控制精度，被控參數(shù)的測量和變送必須迅速正確地反映其實(shí)際變化情況，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。三容水箱液位系統(tǒng)檢測裝置采用壓力傳感器、液位變送器對下水箱液位進(jìn)行檢測、變送。本系統(tǒng)使用的BP800型壓力傳感器廣泛應(yīng)用與石油、化工、冶金、建材等企事業(yè)單位，實(shí)現(xiàn)對流體壓力的測量，并適用于各種場合全天候環(huán)境及各種腐蝕性液體。工作原理：過程壓力通過壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)差分放大器、輸出放大器放大后，再經(jīng)V/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線形對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。主要技術(shù)指標(biāo)如下：測量范圍：100KPa100Mpa準(zhǔn)確度： 電源電壓：24V DC二線、三線；220V AC 四線過載極限：BP900系列液位變送器廣泛應(yīng)用于石油、海洋、化工等企事業(yè)單位。它準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定。安裝、使用簡便。工作原理：當(dāng)被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)V/A電壓電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線形對應(yīng)關(guān)系的420mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。主要技術(shù)指標(biāo)：量程：0500M準(zhǔn)確度：%FS %FS %FS輸出信號：兩線制420Ma電源電壓：24V DC 220V AC 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥),它接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號,并轉(zhuǎn)換趁直線位移或角位移來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量,從而實(shí)現(xiàn)了對過程參數(shù)的控制.QSVP系列智能電動單坐調(diào)節(jié)閥是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,廣泛用于電力,冶金,石油,化工,醫(yī)藥,鍋爐,輕工等行業(yè)的自動控制中.電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受010mA/420mA/05V/15V等控制信號,改變閥的開度,同時將閥門的隔離信號反饋給控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對壓力,溫度,流量,液位等參數(shù)的調(diào)節(jié).主要技術(shù)參數(shù):輸入信號:010mA/420mADC/05VDC/15VDC輸出信號。 420Madc電源:220V/50Hz流量特性:線形,等百分比,快開可調(diào)范圍:50:1 控制器本控制系統(tǒng)采用上海萬訊公司的AI系列調(diào)節(jié)儀表，主要特點(diǎn)有：（1）全球通用的85246VAC范圍開關(guān)電源或者24VDC電源供電。（2）輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線形校正表格，測量精確穩(wěn)定。（3）采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功能。（4）采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能滿足各種應(yīng)用場合的需要。下面就是儀表控制系統(tǒng)的在穩(wěn)定后突加階躍的過渡過程曲線。 儀表控制系統(tǒng)突加階躍信號過渡過程曲線穩(wěn)態(tài)值為5cm,階躍量為1cm.調(diào)節(jié)器1的參數(shù):P=70。I=60。D=20調(diào)節(jié)器2的參數(shù):P=20。I=0。D=0調(diào)節(jié)器3的參數(shù):P=10。I=0。D=0突加階躍信號后超調(diào)15%，調(diào)整時間6分鐘（2%誤差帶），穩(wěn)態(tài)誤差0。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)中所采用的過程實(shí)驗(yàn)裝置的擴(kuò)展上位控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過ICP－7000系列智能采集模塊將傳感器檢測到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號通過A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同時控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號通過D/A轉(zhuǎn)換發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器、可控調(diào)壓器）。該上位機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上屬于計(jì)算機(jī)DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng)，只不過是將模擬量輸入AI模塊和模擬量輸出AO模塊，開關(guān)量輸入/輸出DI,DO模塊置于計(jì)算機(jī)之外，計(jì)算機(jī)由RS232/485通訊轉(zhuǎn)換裝置同ICP7000系列模塊（自帶RS485通訊接口）通訊。 MCGS組態(tài)軟件概述在儀器儀表系統(tǒng)中，組態(tài)軟件就被提及與使用，但那時更多的是作為一種輔助性的角色，即作為一個對于儀器儀表系統(tǒng)監(jiān)視的平臺。而在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。組態(tài)軟件起到了舉足輕重的作用。在這次設(shè)計(jì)中所使用的組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)出品的MCGS組態(tài)軟件，這是一款優(yōu)秀的國產(chǎn)全中文工控組態(tài)軟件。MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS，用戶無須具備計(jì)算機(jī)編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 MCGS組態(tài)軟件的特點(diǎn)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS ：全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。全新的ActiveX動畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。簡單易學(xué)的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS 、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各種無線網(wǎng)絡(luò)和無線電臺等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。良好的可擴(kuò)充性，可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機(jī)制，方便地?cái)U(kuò)展MCGS ，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進(jìn)行連接。提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內(nèi)，只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺計(jì)算機(jī)上方便地瀏覽與生產(chǎn)現(xiàn)場一致的動畫畫面，實(shí)時和歷史的生產(chǎn)信息，包括歷史趨勢，生產(chǎn)報(bào)表等等，并提供完善的用戶權(quán)限控制下面就是遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的在穩(wěn)定后突加階躍的過渡過程曲線。 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)突加階躍過渡過程曲線PID參數(shù)：調(diào)節(jié)器1的參數(shù):P=70。I=60。D=25調(diào)節(jié)器2的參數(shù):P=30。I=0。D=0調(diào)節(jié)器3的參數(shù):P=20。I=0。D=0調(diào)節(jié)器1的設(shè)定值為7cm,突加階躍后設(shè)定值到8cm,此時超調(diào)量為25%，調(diào)整時間為8分鐘（2%誤差帶），穩(wěn)態(tài)誤差0。 計(jì)算機(jī)控制與過程儀表控制比較通過比較計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與過程儀表控制系統(tǒng)在在階躍響應(yīng)下的曲線和階躍響應(yīng)性能指標(biāo)，可以看出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在階躍量相同的情況下，它的超調(diào)量大于儀表控制，說明儀表控制系統(tǒng)的性能優(yōu)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，這主要是因?yàn)閮x表控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定的要比計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的好。所以說，控制器是過程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，控制規(guī)律的確定和控制器參數(shù)的整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)控制相對與儀表控制，其主要特點(diǎn)是：1）儀表控制系統(tǒng)中均使用模擬部件，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了檢測、變送裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬與數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。2）儀表控制系統(tǒng)，控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)，要修改控制規(guī)律，必須要改變硬件結(jié)構(gòu)，如AI智能調(diào)節(jié)儀。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由軟件實(shí)現(xiàn)的，如MCGS組態(tài)軟件。3）在儀表控制系統(tǒng)中，一般是一個控制器控制一個回路，而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速運(yùn)算的能力，一個控制器（控制計(jì)算機(jī)）經(jīng)常采用分時控制的方式同時控制多個回路。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了擁有過程儀表控制的一般特點(diǎn)外，不需要人在生產(chǎn)現(xiàn)場，改善了勞動條件，不用人工手動操作，消除了人為因素；易于現(xiàn)代化管理和產(chǎn)品質(zhì)量分析；采用表格、圖形、曲線顯示直觀，并有輸出打印功能。6結(jié)論 液位是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控量之一，因而液位控制的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。水箱的液位控制對石油、冶金、化工等行業(yè)來說必不可少。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，結(jié)合所學(xué)的知識以及參考的資料，著重研究了三容水箱串級控制建模方法，串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和MATLAB仿真，最終實(shí)現(xiàn)了對水箱液位的控制。最后簡單介紹和比較了生產(chǎn)實(shí)踐中液位控制使用的儀表過程控制方法和計(jì)算機(jī)過程控制方法。水箱數(shù)學(xué)模型的建立是設(shè)計(jì)的開始和關(guān)鍵，通過采集的數(shù)據(jù)在MATLAB上通過數(shù)據(jù)擬合得到各水箱階躍曲線，然后通過曲線可得到各水箱的一階傳遞函數(shù)中的參數(shù)K和T,進(jìn)而可得到三容水箱的傳遞函數(shù)。本次設(shè)計(jì)，雖然已經(jīng)確定使用串級控制對水箱液位進(jìn)行控制，但仍通過加入切換開關(guān)控制副回路的去處和加入，可以方便的比較單回路控制和串級控制兩種方案在階躍輸入控制性能以及抗擾動性能，明顯看出串級控制對三容水箱的液位控制優(yōu)越性。在串級液位控制仿真過程中同時可整定PID參數(shù)，通過不斷調(diào)節(jié)PID參數(shù)，得到滿意的響應(yīng)曲線，使得其響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，穩(wěn)態(tài)誤差小。由于時間倉促，再加上本人水平有限，雖然設(shè)計(jì)基本完成，但仍有很多不足甚至錯誤之處，望各位老師能夠不吝賜教，加以斧正，謝謝！致謝 首先，我要向我的指導(dǎo)老師——孫虹老師表示衷心的感謝，感謝她一個學(xué)期的耐心指導(dǎo)，使得我從對畢業(yè)設(shè)計(jì)的茫然甚至擔(dān)憂到現(xiàn)在最終獨(dú)立完成。如果沒有老師幫助我解決在設(shè)計(jì)過程中困惑，我也很難順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。然后我要感謝我的母校四年來對我的教育和關(guān)懷，四年大學(xué)生活讓我學(xué)到了很多，懂得了很多。母校對我的栽培不僅讓我學(xué)會了科學(xué)知識，更重要的是幫助我學(xué)會了如何去學(xué)習(xí)，如何去把學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)際的生活中，這對我畢業(yè)后的生活和工作是一筆巨大的財(cái)富。我還要感謝我的同學(xué)，一個畢業(yè)設(shè)計(jì)中所需要了解和學(xué)會的知識有很多，一些我來不及學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)通過對其熟悉的同學(xué)我才能很快的掌握。設(shè)計(jì)很多關(guān)鍵的地方我都是靠和同學(xué)的請教和討論才能順利完成，因此，同學(xué)的幫助也是我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的一個重要支撐。最后我要表達(dá)對父母的感謝，他們的勤勞和付出讓我擁有了精彩的四年大學(xué)生活，沒有他們就沒有我的今天！ 參考文獻(xiàn)1. 自動控制原理，胡壽松主編，科學(xué)出版社；2. 自動化儀表與過程控制，施仁主編，電子工業(yè)出版社；3. 《MCGS用戶指南》，北京昆侖通態(tài)自動化科技有限公司；4. 《THJ2高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置》，浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司；5. 先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真，劉金琨主編，電子工業(yè)出版社；6. 應(yīng)用MATLAB建模與仿真，陳桂明，張明照等主編，科學(xué)出版社；7. 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD，張曉華主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)；8. MATLAB工程計(jì)算，Smith . 主編，清華大學(xué)出版社；9. MATLAB編程，Stephen ，科學(xué)出版社；10. MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)踐，趙廣元主編，北京航空航天大學(xué)出版社 ；11.