單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-03 13:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 仿真曲線如附圖 1 所示。將波形數(shù)據(jù)350cmdQ?通過“To Workspace”輸出到 Matlab 工作區(qū)進(jìn)行計(jì)算，可得 時(shí)，???控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：衰減率： ?最大動(dòng)態(tài)偏差：殘余偏差：y1y1y1Ts單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6調(diào)節(jié)時(shí)間： 6s絕對誤差積分 IAE：結(jié)論：有差控制，對小的干擾由較好的抑制作用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。 積分控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 、理論整定方法：廣義被控對象為 39。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??，(32)2039。39。s1(,)marctnspsSMm?????????則由式(32)可解得 ，再由 ，可得到 （積分速度） ，進(jìn)而s2039。1(,)spS??0S可計(jì)算出積分時(shí)間 理論整定值。01IT?（2） 、性能指標(biāo)：積分控制系統(tǒng)仿真框圖：圖 6 積分控制仿真圖 I=1/20對積分控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定： ； ，得仿真曲線如下圖所示。1/20I??dQ?由仿真曲線可知，積分控制最終能實(shí)現(xiàn)無靜差控制，但系統(tǒng)振蕩頻率低，超調(diào)量很大（約為 190cm） ，調(diào)節(jié)時(shí)間很長（約為 5000s） ，因此單獨(dú)使用積分控制，系統(tǒng)性單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7能較差。圖 7 積分控制仿真圖 I=1/20，Qd=0在 時(shí)加入擾動(dòng) ，得仿真曲線：由圖可知，系統(tǒng)能抑制階50st?350cmdQ?躍擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無靜差控制，但超調(diào)量很大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長。圖 8 積分控制仿真圖 I=1/20， Qd=5000cm3單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 比例 積分控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 9PI 控制仿真框圖（1） 、理論整定方法：廣義被控對象為 39。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??，(33)39。 39。39。20 39。39。1sin(,)cos(,)(,)i,m,pspspspspsSM????? ??? ??????以 為參變量， 和 分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，式(33) 表示的控制器整定參?1S0數(shù)之間的關(guān)系可以畫成等衰減曲線圖。圖中每條曲線代表某一規(guī)定的衰減率，等衰減曲線上的每一點(diǎn)的坐標(biāo)代表控制器的一組整棟參數(shù)。??適的 、 、 作為控制器的整定參數(shù)。1S0（2） 、工程整定方法：衰減曲線法如表 1 得，擾動(dòng) ， ，得仿真曲線如下dQ?,???單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9圖 10PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=0可得 ==.3ss IyyyTT???????， ， ， ，（3） 、性能指標(biāo)：擾動(dòng) ，30cmdQ??，圖 11PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3對擾動(dòng)的抑制作用很差，需要很長時(shí)間才能消除偏差，因此加大積分的作用，減小積分時(shí)間 ，增大比例增益，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度IT擾動(dòng) ，350cmdQ?=.01sIT???，單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10圖 12PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3由圖可知，減小了積分時(shí)間 后，調(diào)節(jié)時(shí)間大大縮短，大約為 15s，能在較短IT的時(shí)間內(nèi)接近穩(wěn)態(tài)值擾動(dòng) ，350cmdQ?=.01sI???，圖 13PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3由圖可知，繼續(xù)比例帶 ，可使調(diào)節(jié)時(shí)間進(jìn)一步減小，大約為 9s，偏差減小，?系統(tǒng)響應(yīng)加快。對應(yīng)擾動(dòng) ， 的性能指標(biāo)如下：350cmdQ?=.01sIT??，衰減率： .798?最大動(dòng)態(tài)偏差：單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11殘余偏差：0調(diào)節(jié)時(shí)間： 9s絕對誤差積分 IAE： 比例 積分 微分控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 14PID 控制仿真框圖（1） 、理論整定方法：廣義被控對象為 39。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??， (34)1 39。 39。 239。20 39。 239。sin(,)cos(,)(,)1i,(m,)pspsspss pspsS mSM?????? ??? ??????? ?? ??令 ，則式（34）由三個(gè)變量，以 為參變量， 和 分別為橫坐/14DIT 1S0標(biāo)和縱坐標(biāo)，式(34)表示的控制器整定參數(shù)之間的關(guān)系可以畫成等衰減曲線圖。圖中每條曲線代表某一規(guī)定的衰減率 ，??制器的一組整定參數(shù)。選擇一組合適的 、 、 、 作為控制器的整定參數(shù)。?1S02單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12（2） 、工程整定方法：如表 1 得， ，,.82s,????圖 15PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/，D=，Qd=0可得 == IDyyyT T??????， ， ， ， ，（3） 、性能指標(biāo)：擾動(dòng) ，350cmdQ?0.,.s,.ID??圖 16PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/，D=，Qd=5000cm 3同比例積分控制，比例積分微分控制對擾動(dòng)的抑制作用很差，需要很長時(shí)間才單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13能消除偏差，因此加大積分的作用，減小積分時(shí)間 ，減小比例帶，增加微分時(shí)IT間，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。擾動(dòng) ， 350cmdQ?,.1s,????圖 17PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，D=，Qd=5000cm 3由圖可知，減小了積分時(shí)間 后，調(diào)節(jié)時(shí)間大大縮短，大約為 10s，能在較短IT的時(shí)間內(nèi)接近穩(wěn)態(tài)值。擾動(dòng) ，350cmdQ?,.s,????圖 18PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，D=，Qd=5000cm3由圖可知，繼續(xù)比例帶 ，可使調(diào)節(jié)時(shí)間進(jìn)一步減小，大約為 5s，偏差減小，?系統(tǒng)響應(yīng)加快。單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)14對應(yīng)擾動(dòng) ， 的性能指標(biāo)如下：350cmdQ?,.s,????衰減率： .7?最大動(dòng)態(tài)偏差：殘余偏差：0調(diào)節(jié)時(shí)間： 5s絕對誤差積分 IAE：單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)154 串級控制控制方案設(shè)計(jì)前面的單閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間（回復(fù)時(shí)間）較長，最大動(dòng)態(tài)偏差較大，單閉環(huán)控制效果不佳，而且未考慮對象的純遲延時(shí)間。采用串級控制可提高系統(tǒng)性能，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，減小最大動(dòng)態(tài)偏差，減小對象純遲延時(shí)間對系統(tǒng)性能的影響。下圖為串級控制系統(tǒng)仿真框圖：圖 19 串級控制仿真框圖對主副調(diào)節(jié)器進(jìn)行整定：主調(diào)節(jié)器整定參數(shù)為 ；主調(diào)節(jié)器整定參數(shù)為1,/0.,??；擾動(dòng) ，得串級控制系統(tǒng)仿真如下圖所示：1/.5,/0.,???dQ由仿真圖可知控制振蕩頻率低，衰減慢，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間長，最大動(dòng)態(tài)偏差大，但無靜差。單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)16圖 20 串級控制仿真曲線 Qd=0在 時(shí)加入擾動(dòng) ，仿真結(jié)果如下圖所示，由圖可知，系統(tǒng)160st?350cmdQ?能已知階躍擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無靜差控制，但超調(diào)量很大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長。圖 21 串級控制
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