單容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-26 00:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （210）所以液位會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)新的平衡狀態(tài)，此時(shí)，QV1=QV2。這就是被控對(duì)象的自衡特性，即當(dāng)輸入變量發(fā)生變化破壞了被控對(duì)象的平衡而引起輸出變量變化時(shí)，在沒有人為干預(yù)的情況下，被控對(duì)象自身能重新恢復(fù)平衡的特性。當(dāng)t=T時(shí)，則有 （211）式（29）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖22所示。由式（211）%所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T。該時(shí)間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線作切線，此切線與穩(wěn)態(tài)值的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T。圖22 階躍響應(yīng)曲線三、系統(tǒng)構(gòu)成 由上面介紹的原理和單容液位控制系統(tǒng)的建模過程可畫出控制系統(tǒng)的工藝流程圖31： 圖31 單容液位控制系統(tǒng)工藝流程圖 結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31，可以很容易的畫出系統(tǒng)的控制方框圖。如圖32：圖32 單容液位控制系統(tǒng)方框圖四、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)分析 調(diào)節(jié)器PID控制 在液位控制系統(tǒng)中，常采用PID控制來作為控制規(guī)律。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖41所示：圖41 PID控制系統(tǒng)原理框圖 PID控制器是一種線性控制器，它是根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差 (41) 將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合可以構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。它的控制規(guī)律為 (42)寫成傳遞函數(shù)形式為 (43)式中 ——比例系數(shù)； ——積分時(shí)間常數(shù)； ——微分時(shí)間常數(shù)； 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：（1）比例環(huán)節(jié) 用于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。（2）積分環(huán)節(jié) 主要用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。越小，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過小，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若過大，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。（3）微分環(huán)節(jié) 能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 經(jīng)分析，在單容液位控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器（包括變頻器、電機(jī)、泵等環(huán)節(jié)）可看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)。當(dāng)然，在整個(gè)控制過程中執(zhí)行環(huán)節(jié)有一定的滯后作用，可在控制過程中添加一個(gè)延遲滯后環(huán)節(jié)。對(duì)于在此看作比例環(huán)節(jié)，不妨取比例放大倍數(shù)K=5。延遲滯后環(huán)節(jié)，不妨取延遲時(shí)間τ=1。 經(jīng)分析，在出水閥差壓變送檢測(cè)環(huán)節(jié)中，當(dāng)變化量較小時(shí)，可將該環(huán)節(jié)看作一個(gè)線性環(huán)節(jié)，即同樣可以看作是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。由于檢測(cè)變送滯后較小，所以不妨取比例放大系數(shù)K=1。 通過查閱相關(guān)資料和網(wǎng)頁資料，取出水閥的水阻Rs=，即K=。因T=ARs，不妨取T=2。所以有被控對(duì)象的傳遞函數(shù)： 經(jīng)以上各環(huán)節(jié)分析，可得系統(tǒng)具體點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，如42圖圖42 系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)圖五、系統(tǒng)仿真 由以上各參數(shù)確定后可得系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖，具體參數(shù)整定過程可參見下表5
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