【正文】 VD504 由 AIW2 轉換的工程量 VD5 PID 輸出值 AC0 累加器 AC1 累加器 AC2 累加器 VB300 PID0 控制回路表的起始地址 VD300 LOOP0 的過程變量值，標準化至 之間 VD304 LOOP0 的給定值，標準化至 之間 VD308 LOOP0 的輸出值，標準化至 之間 VD316 LOOP0 的采樣周期，以秒為單位 VD328 LOOP0 的前一時刻積分項累計值，標準化至 之間 VB400 PID1 控制回路表的起始地址 VD400 LOOP1 的過程變量值，標準化至 之間 VD404 LOOP1 的給定值，標準化至 之間 VD408 LOOP1 的輸出值，標準化至 之間 VD416 LOOP1 的采樣周期，以秒為單位 VD428 LOOP1 的前一時刻積分項累計值，標準化至 之間 第 25 頁 程序流程圖 主程序流程圖 開 始初 始 化設 定 電 動 調 節(jié)閥 開 度結 束 圖 411 水箱 /主管流量特性測試 開 始初 始 化結 束是 否 需 要 手 動 調節(jié) ？設 定 水 箱 液 位 / 主 管流 量P I D 控 制手 動 調 節(jié)YN 圖 412單回路水箱液位 /主管流量 PID 第 26 頁 開 始初 始 化結 束是 否 需 要 手 動 調節(jié) ？設 定 水 箱 液 位P I D 串 級 控 制手 動 調 節(jié)YN 圖 413液位串級 PID 中斷程序流 程圖 開 始返 回讀 AIW0的 值標 準 化 01之 間讀 AIW2的 值標 準 化 01之 間將 VD5換 算 為 工程 實 際 值送 至 AQW0經 D/A轉 換 后 輸 出 圖 414 中斷程序流程圖 第 27 頁 5 被控對象建模與辨識 階躍響應曲線法建立模型 在本設計中將通過實驗建模的方法，分別測定被控對象中水箱、下水箱和中下水箱在輸入階躍信號后的液位響應曲線和相關參數以及主管流量的響應曲線和參數。 通過磁力驅動泵供水，手動控制電動調節(jié)閥的開度大小 ,改變水箱液位的給定量，從而對被控對象施加階躍輸入信號，記錄階躍響應曲線 。 在測定模型參數中通過在 MCGS 監(jiān)控軟件組建人機對話窗口，改變調節(jié)閥開度 ,控制水箱進水量的大小，從而改變水箱液位及主管流量，實現對被控對象的階躍信號輸入。 圖 51 水箱模型測定原理圖 被控對象參數辨識 中水箱參數辨識 按圖連接線路 ,手動操作調節(jié)器 ,控制調節(jié)閥開度 ,使初始開度 OP1=40,等到水箱的液位處于平衡位置時。改變調節(jié)閥開度至 OP2=60,即對中水箱輸入階躍信號 ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經過一定調節(jié)時間后 ,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 控制進水量 供水水 施加階躍輸入信號 階躍響應輸出 丹麥泵 電動調節(jié)閥閥 水箱 第 28 頁 圖 52 中水箱階躍響應曲線 由于實驗測定數據可能存在誤差，直接使用計算法求解水箱模型會使誤差增大。所以使用 MATLAB 軟件對實驗數據進行處理，根據最 小二乘法原理和實驗數據對響應曲線進行最佳擬合后，再計算水箱模型。 實驗數據中將階躍響應初始點的值作為 Y 軸坐標零點，后面的數據依次減去初始值處理，作為 Y 軸上的各階躍響應數據點；將對應 Y 軸上階躍響應數據點的采集時間作為曲線上各 X 點的值。 M 文件如下： x=0:20:1100。 y=[ 6 ]。 y=y/20。 P=polyfit(x,y,12)。 y1=polyval(P,x)。 plot(x,y,39。b:o39。,x,y1,39。r39。) 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 53 中水箱階 躍響應擬合曲線 根據曲線采用切線作圖法計算中水箱特性參數如下： 第 29 頁 圖 54 中水箱參數計算曲線 由圖知： )0( )(,18,212 ?????? xyKssT ? 故中水箱傳遞函數為： e SSSG 181 1212 )( ??? 下水箱參數辨識 按圖連接線路 ,手動操作調節(jié)器 ,控制調節(jié)閥開度 ,使初始開度 OP1=30,等到水箱的液位處于平衡位置時。改變調節(jié)閥開度至 OP2=50,即對中水箱輸入階躍信號 ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經過一定調節(jié) 時間后 ,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 同理，在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 55 下水箱階躍響應擬合曲線 根據曲線采用切線作圖法計算下水箱特性參數如下： 第 30 頁 圖 56 下水箱參數計算曲線一 圖 57 下水箱參數計算曲線二 由圖知： )0( )(,12,478 ?????? xyKssT ? 第 31 頁 故下水箱傳遞函數為： e SSSG 122 14 78 )( ??? 中下水箱參數辨識 按圖連接線路 ,手動操作調節(jié)器 ,控制調節(jié)閥開度 ,使初始開 度 OP1=30,等到下水箱的液位處于平衡位置時。改變調節(jié)閥開度至 OP2=50,即對中下水箱輸入階躍信號 ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經過一定調節(jié)時間后 ,下水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 58 中下水箱階躍響應擬合曲線 根據曲線采用切線作圖法計算中下水箱特性參數如下： 圖 59 中下水箱參數計算曲線 第 32 頁 由圖知： )0( )(,30,540 ?????? xyKssT ? 主管流量參數辨識 按圖連接線路 ,手動操作調節(jié)器 ,控制調節(jié)閥開度 ,使初始開 度 OP1=30,等到主管流量處于平衡位置時。改變調節(jié)閥開度至 OP2=80,即對主管輸入階躍信號 ,使其值離開原平衡狀態(tài)。經過一定調節(jié)時間后 ,主管流量重新進入平衡狀態(tài)。 圖 510 主管流量階躍響應曲線 M 文件如下： x=0:2:52。 y=[144 ]39。144。 y=y/1000。 P=polyfit(x,y,12)。 y1=polyval(P,x)。 plot(x,y,39。b:o39。,x,y1,39。r39。) 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 第 33 頁 圖 511 主管流量階躍響應擬合曲線 根據曲線采用切線作圖法計算主管流量特性參數如下： 圖 512 主管流量參數計算曲線 由圖知： )0( )(,6,20 ?????? xyKssT ? 故主管流量 傳遞函數為： e SSSG 63 120 )( ??? 第 34 頁 6 系統調試 下水箱單回路 根據響應曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 此時將參數輸入，改變下水箱液位設定值，進行單回路整定，其動態(tài)響應結 果如下： 圖 61 下水箱單回路 中下水箱單回路 根據響應曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 第 35 頁 此時將參數輸入，改變下水箱液位設定值，進行單回路整定，其動態(tài)響應結果如下： 圖 62 中下水箱單回路 中下水箱液位串級 采用兩步整定 法，第一步整定副調節(jié)器參數，第二步整定主調節(jié)器參數。 中水箱單回路 根據響應曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m in1, ???ip TPK 此時將參數輸入，改變中水箱液位設定值，進行副調節(jié)器參數整定，其動態(tài)響應結果如下： 第 36 頁 圖 63 中水箱單回路 中 下水箱液位串級 將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統的整定方法整定主調節(jié)器的參數， 仍然用響應曲線法測定參數。首先設定中水箱液位為 1cm，等下水箱液位達到穩(wěn)態(tài)時，再設定中水箱液位為 3cm，其響應如下： 圖 64 內環(huán)特性測試 在 matlab 中作出擬合曲線并用切線法計算參數如下： 第 37 頁 圖 65 內環(huán)特性參數計算 由圖知： )0( )(,45,975 ?????? xyKssT ? 根據響應曲線法中的 PID 整定公式，用 PI 調節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 4 0 ????? sT i ? 故主調節(jié)器 m , ???ip TPK 分別將計算的主副調節(jié)器參數輸入，設定下水箱液位值，下水箱動態(tài)響應如下： 圖 66 中下水箱液位串級 1 然后增大 pK 進行調整，減小靜差，最終 40?pK 時，得到較好的結果： 第 38 頁 圖 67 中下水箱液位串級 2 下水箱液位主管流量串級 主管流量單回路 根據響應曲線法中的 PID 整定公式，用 PI 調節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 此時將參數輸入，改變主管流量設定值，進行單回路整定，其動態(tài)響應結果如下 從左到右依次是 20,15,10, ???? pppp KKKK 圖 68 主管流量單回路 最終比較下：取副調節(jié)器參數為 m ,15 ?? ip TK 下水箱液位主管流量串級 將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統的整定方法整定主調節(jié)器的參數，