【文章內(nèi)容簡介】 換算成100%的階躍 ()重新達到穩(wěn)態(tài)值h()=?？梢杂嬎愠觯? ()同時可以計算出T2時刻電磁流量值： ()可以對應(yīng)查找h1(%)的值如下表所示：表3 上水箱液位T2時刻表上水箱液位h0(0%)h1(%)時刻10:53:0710:55:56由此可以計算出T0的值： ()綜上所述，得出進水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： ()下水箱液位高度曲線如下圖綠色曲線所示：圖37 下水箱液位高度曲線從圖可以看出為S狀的階躍響應(yīng)曲線若對模型精度要求較高，則應(yīng)采用二階對象的模型結(jié)構(gòu)，故可以假設(shè)下水箱液位和進水流量液位之間的模型為： ()式中，、的求法如下：第一， 求取過程的靜態(tài)放大系數(shù)。 ()第二，、可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線上的兩個點來確定，如圖5所示：圖38 S狀階躍響應(yīng)曲線首先讀取和所對應(yīng)的時間和值，測量時刻如下表:表3 雙容下水箱液位時刻表下水箱液位h0(0%)h1(40%)h1(80%)時刻04:04:1304:08:1104:12:43由此可以計算出。然后利用下式計算、。計算，可采用下式所示的二階環(huán)節(jié)近似，即： ()此時，時間常數(shù)為： () 綜上所述可知雙容水箱串級下水箱液位與進水流量模型為 () 在做這個實驗的時候，上水箱測量值的曲線產(chǎn)生毛線，我們及時檢查，發(fā)現(xiàn)可能是因為線路松動造成的，重新接線后，就解決了問題。4 單容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)構(gòu)原理在設(shè)計過程控制系統(tǒng)時，如何選擇控制器，以滿足生產(chǎn)工藝要求至關(guān)重要，如果選擇不當，可能根本達不到控制要求。本次課程設(shè)計通過對PID控制器參數(shù)整定，進一步熟悉了過程控制系統(tǒng)設(shè)計過程。 單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖如下 圖 41 單回路控制系統(tǒng)原理圖根據(jù)原理圖可以畫出對應(yīng)的系統(tǒng)方框圖如下：液位變送器+PID控制器控制閥閥閥器液位_ 水箱圖42單回路控制系統(tǒng)的控制原理方框圖PID控制器是調(diào)節(jié)器，需要我們手動設(shè)置參數(shù)，其傳遞函數(shù)為： ()調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，隨輸入信號增大通過水流量也增大。上水箱液位控制過程之前已經(jīng)建立過模型，其傳遞函數(shù)為： ()系統(tǒng)由于擾動作用使被控量偏離了給定值，即產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差大小并按某種控制算法發(fā)出控制信號送往調(diào)節(jié)閥，以改變閥門開度，即改變控制變量，從而克服擾動對被控量的影響，使測量值接近設(shè)定值。功能是是輸出回到設(shè)定值。 單容水箱控制器PID參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，是指決定調(diào)節(jié)器的比例度、積分時間和微分時間的具體數(shù)值，通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標，取得最佳的控制效果。所謂最佳的控制效果，就是在某種質(zhì)量指標下，系統(tǒng)達到的最佳調(diào)整狀態(tài)。此時的控制器參數(shù)就是所謂的最佳整定參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計需要調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時，控制系統(tǒng)達到滿意的控制質(zhì)量。本次課程設(shè)計中采用經(jīng)驗湊試法整定PID參數(shù)，達到的控制效果滿足控制要求。經(jīng)驗湊試法（現(xiàn)場湊試法）是根據(jù)經(jīng)驗先將控制器的參數(shù)放在某一數(shù)值上，直接在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過改變設(shè)定值施加擾動，觀察過渡過程曲線形狀，運用、對過渡過程的影響為依據(jù)，按規(guī)定的順序?qū)Ρ壤?、積分時間和微分時間逐個進行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量．比例控制規(guī)律是最基本的控制規(guī)律。它能較快地克服擾動的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但存在余差。由于積分能消除余差，所以在比例的基礎(chǔ)上加上積分控制，是效果更好，在本次試驗中，微分的作用不太明顯。實驗操作時,需要把控制方式切換到自動模式，首先設(shè)定積分時間常數(shù)，微分時間常數(shù)，比例系數(shù)P從小到大改變以試出比較理想的控制效果。 圖43 KP=5控制效果 圖44 KP=18控制效果如圖4圖44所示為比例系數(shù)的整定過程，時達到穩(wěn)定的時間太長，為使響應(yīng)加快，需要增大比例作用，所以KP應(yīng)該增大。當時達到穩(wěn)定的時間短，超調(diào)也很小，所以認為此時比例系數(shù)比較合理。 由于圖4的液位高度設(shè)定值是22，存在比較大的偏差，所以需要引入積分作用。 根據(jù)經(jīng)驗湊試法調(diào)節(jié)步驟，首先將比例度放大10%~20%,取K=15不斷調(diào)節(jié)TI的大小，使之達到合適的效果。 圖45 TI=104ms 圖46 TI=7104ms 圖47 TI=8104ms如圖45所示，當，階躍響應(yīng)震蕩過于劇烈，由此可知積分作用太強，應(yīng)該減弱積分作用，所以應(yīng)增大。令，:1?？刂菩Ч容^好，再增大積分時間時，遞減比反而增大，如圖47所示，:1。綜合以上敘述可知，相對最合理。從實驗效果來看可以不加微分作用就能滿足要求。而實際上單容水箱滯后不明顯，可以不加微分。為了加強對控制系統(tǒng)設(shè)計的了解，我們?nèi)匀灰肓宋⒎肿饔?，但是改善效果作用不大。先將比例度減小10%~20%，取，時間常數(shù)，調(diào)節(jié)微分作用。時效果比較好，從圖48所示：圖48 PID調(diào)節(jié)效果從圖可以看出，引入微分起到的效果并不太理想，所以可以不加微分，只用PI調(diào)節(jié)。 旁路階躍干擾響應(yīng)曲線通過PID控制器參數(shù)的整定，可以使輸出穩(wěn)態(tài)值達到設(shè)定值，且響應(yīng)速度比較快，控制效果好。但是要評價一個系統(tǒng)的好壞，不能只看輸出值是否能達到設(shè)定值，還要看系統(tǒng)是否有抗干擾能力。工業(yè)現(xiàn)場有很多因素會影響控制過程，我們稱之為擾動。為檢驗系統(tǒng)是否有抗干擾能力，可以在控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，打開旁路干擾閥，不同開度的旁路閥可以模擬不同的階躍擾動。圖49 旁路階躍擾動如圖9所示，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，打開一個較小開度的旁路閥，通過PID控制器的調(diào)節(jié)，能很快抑制干擾。但是如果旁路閥開度太大，即干擾太大，超出了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，此時調(diào)節(jié)閥開度會降到0，水箱液位曲線呈發(fā)散狀態(tài)，因此系統(tǒng)不能達到穩(wěn)定狀態(tài)。從整體效果來看，控制系統(tǒng)能抑制較大的干擾，而且能快速響應(yīng)擾動，控制效果好。 副回路進水階躍干擾響應(yīng)曲線我們都知道，環(huán)境中有很多因素會干擾控制效果，也有很多通道會出現(xiàn)這種干擾，不同的擾動造成的影響不同。為了進一步檢驗系統(tǒng)的