基于水箱液位控制系統(tǒng)的wincc與matlab的opc通訊系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 20:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 在第三部分進行詳細的說明。 PID算法及參數(shù)整定的研究與實驗 PID控制原理與參數(shù)整定方法、PID控制簡介在工程實際中，應(yīng)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(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型與傳遞函數(shù)時，亦或控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合PID控制技術(shù)。、PID控制原理PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。比例（P）控制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(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控 制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比 關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項” ，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器 ，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 + 微分 (PD) 控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。、PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確 定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類。：它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。：它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行， 且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。 PID各個參數(shù)對系統(tǒng)性能影響的實驗驗證(P)算法選擇：MATLAB自帶普通PID實驗方法：Ki與Kd設(shè)置為0，通過Kp的不同大小來反映其對系統(tǒng)的影響實驗取樣：Kp值分別取10，20，30，40，起始水位0CM，水位目標10CM實驗截圖：Kp=10水位穩(wěn)定在4CM左右，存在穩(wěn)態(tài)誤差。Kp=20水位穩(wěn)定在7CM左右，亦存在穩(wěn)態(tài)誤差，但比Kp=10時穩(wěn)態(tài)誤差要小。Kp=30水位值在目標值附近震蕩，說明Kp過大會導(dǎo)致嚴重超調(diào)，且無法進入穩(wěn)態(tài)。Kp=40 震蕩進一步嚴重。實驗結(jié)論：可見，在只有比例作用時，系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，而隨著比例作用的增強，系統(tǒng)會出現(xiàn)嚴重超調(diào)甚至是震蕩，所以單獨的比例控制很難保證系統(tǒng)的控制效果，需要加入其他的控制方式。(I)算法選擇：MATLAB自帶普通PID實驗方法：Kp=10，Kd=0，通過Ki的不同大小來反映其對系統(tǒng)的影響實驗取樣：Ki值分別取1，2，5，起始水位0CM，水位目標10CM實驗截圖：Ki=1加入一定的積分作用后，穩(wěn)態(tài)誤差消除，系統(tǒng)反應(yīng)較好，沒有過大超調(diào)。Ki=2增大積分作用，系統(tǒng)反應(yīng)速度減慢（峰值達到15CM），調(diào)節(jié)時間增長。Ki=5系統(tǒng)反應(yīng)速度進一步減慢（峰值達到18CM），調(diào)節(jié)時間非常長。實驗結(jié)論：由實驗可以看出，積分環(huán)節(jié)可以有效的消除穩(wěn)態(tài)誤差，但是當積分
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