基于組態(tài)軟件的前饋反饋過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-14 01:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng) ， 并可通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程測控 主要學(xué)習(xí)前饋 調(diào)節(jié)規(guī)律，了解前饋 反饋控制規(guī)律在液位單回路水箱中的控制。 設(shè)計要求 1. 根據(jù)前饋反饋單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。 2. 根據(jù)前饋反饋單回路過程控制系統(tǒng) A/D、 D/A 和開關(guān) I/O 的需要，正確選用過程模塊。 3. 根據(jù)與計算機(jī)串行通訊的需要，正確選用 RS485/RS232 轉(zhuǎn)換與通訊模塊。 4. 運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計前饋反饋單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 控制方案 前饋控制是在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動開始之前進(jìn)行的 控制，是一種開環(huán)控制。 尤其適用于那些擾動可測但不可控的系統(tǒng)。 管理過程理論認(rèn)為，只有當(dāng)管理者能夠?qū)磳⒊霈F(xiàn)的偏差有所覺察并及時預(yù)先提出某些措施時，才能進(jìn)行有效的控制，因此前饋控制具有重要的意義。前饋控制采用的普遍方式，是利用所能得到的最新信息，進(jìn)行認(rèn)真、反復(fù)的預(yù)測，把計劃所要達(dá)到的目標(biāo)同預(yù)測相比較，并采取 課程設(shè)計 5 措施修改計劃，以使預(yù)測與計劃目 標(biāo)相吻合。 在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反饋控制的原 理。 前饋控制又稱擾動補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者抵消與被調(diào)量發(fā)生偏差之前。因此，前饋調(diào)節(jié)對干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是開環(huán)控制。其控制效果需要通過反饋加以檢驗。前饋控制器在測出擾動之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計算出校正值。如果沒有反饋控制，則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動作用。 如 圖 1 所示 ， 系統(tǒng)使 用兩個水泵注水 ， 設(shè)法保持 下水箱液位 。 泵 1泵 2F T 2K F+L T 3L C 1上 水 箱下 水 箱儲 水 箱電 動 閥 閥 門hV 1 圖 前饋－反饋控制系統(tǒng)原理圖 課程設(shè)計 6 前饋控制的基本概念是測取進(jìn)入過程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化），按信號產(chǎn)生合適的作用去改變操縱變量，使受控變量維持在設(shè)定值上。前饋控制一般可表達(dá)為： ? ? ? ?? ?sG sG pfFC ??sG 式中： ??sGFC —— 前饋控制器的傳遞函數(shù)??sfG —— 干擾通道的傳遞函數(shù) ??spG —— 對象通道的傳遞函數(shù)。 前饋控制只選擇一 個主要的擾動進(jìn)行補(bǔ)償，而其余的擾動仍會使被調(diào)量發(fā)生偏差。前饋－反饋控制系統(tǒng)將前饋與反饋結(jié)合起來，選擇對象中主要的一些干擾作為前饋信號，對其它引起被調(diào)參數(shù)變化的各種干擾則采用反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)來克服，從而充分利用了這兩種調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點，使調(diào)節(jié)質(zhì)量進(jìn)一步提高。 系統(tǒng) 的前饋－反饋控制系統(tǒng)框圖如下圖 調(diào) 節(jié) 器 G c ( s )電 動 閥 上 水 箱 下 水 箱液 位 變 送 器 H 2 ( s )擾 動 通 道 G f ( s )前 饋 補(bǔ) 償 器 G F C ( s )測 量 變 送 器擾動F ( s )+_++++設(shè) 定 值 圖 系統(tǒng)的前饋－反饋控制系統(tǒng)框圖 課程設(shè)計 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 下 水 箱 擾 動 進(jìn) 水 管 道D / A 模 塊液 位 測 量A / D 模 塊 控 制 器流 量 監(jiān) 測電 磁 調(diào) 節(jié) 閥A / D 模 塊主 進(jìn) 水 管 道反 饋 P I D前 饋 補(bǔ) 償 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 3 過程儀表選擇 水箱 包括上水箱、儲水箱。 上水箱采用 淡藍(lán)色 優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液 位的變化和記錄結(jié)果。上水箱尺寸為： D=25cm，H=20cm，該 水箱結(jié)構(gòu)獨特， 由 三個槽 組成 ，分別 為 緩沖槽 、 工作槽 和 出水槽 ，進(jìn)水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察 。 水箱底部接有擴(kuò)散硅壓力 傳感器與變送器，可對水
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