【正文】 VD504 由 AIW2 轉(zhuǎn)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(guò)程變量值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD304 LOOP0 的給定值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD308 LOOP0 的輸出值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD316 LOOP0 的采樣周期，以秒為單位 VD328 LOOP0 的前一時(shí)刻積分項(xiàng)累計(jì)值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VB400 PID1 控制回路表的起始地址 VD400 LOOP1 的過(guò)程變量值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD404 LOOP1 的給定值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD408 LOOP1 的輸出值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD416 LOOP1 的采樣周期，以秒為單位 VD428 LOOP1 的前一時(shí)刻積分項(xiàng)累計(jì)值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 第 25 頁(yè) 程序流程圖 主程序流程圖 開 始初 始 化設(shè) 定 電 動(dòng) 調(diào) 節(jié)閥 開 度結(jié) 束 圖 411 水箱 /主管流量特性測(cè)試 開 始初 始 化結(jié) 束是 否 需 要 手 動(dòng) 調(diào)節(jié) ？設(shè) 定 水 箱 液 位 / 主 管流 量P I D 控 制手 動(dòng) 調(diào) 節(jié)YN 圖 412單回路水箱液位 /主管流量 PID 第 26 頁(yè) 開 始初 始 化結(jié) 束是 否 需 要 手 動(dòng) 調(diào)節(jié) ？設(shè) 定 水 箱 液 位P I D 串 級(jí) 控 制手 動(dòng) 調(diào) 節(jié)YN 圖 413液位串級(jí) PID 中斷程序流 程圖 開 始返 回讀 AIW0的 值標(biāo) 準(zhǔn) 化 01之 間讀 AIW2的 值標(biāo) 準(zhǔn) 化 01之 間將 VD5換 算 為 工程 實(shí) 際 值送 至 AQW0經(jīng) D/A轉(zhuǎn) 換 后 輸 出 圖 414 中斷程序流程圖 第 27 頁(yè) 5 被控對(duì)象建模與辨識(shí) 階躍響應(yīng)曲線法建立模型 在本設(shè)計(jì)中將通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模的方法，分別測(cè)定被控對(duì)象中水箱、下水箱和中下水箱在輸入階躍信號(hào)后的液位響應(yīng)曲線和相關(guān)參數(shù)以及主管流量的響應(yīng)曲線和參數(shù)。 通過(guò)磁力驅(qū)動(dòng)泵供水，手動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度大小 ,改變水箱液位的給定量，從而對(duì)被控對(duì)象施加階躍輸入信號(hào)，記錄階躍響應(yīng)曲線 。 在測(cè)定模型參數(shù)中通過(guò)在 MCGS 監(jiān)控軟件組建人機(jī)對(duì)話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開度 ,控制水箱進(jìn)水量的大小，從而改變水箱液位及主管流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的階躍信號(hào)輸入。 圖 51 水箱模型測(cè)定原理圖 被控對(duì)象參數(shù)辨識(shí) 中水箱參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)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(shí)。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=60,即對(duì)中水箱輸入階躍信號(hào) ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后 ,水箱液位重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。 控制進(jìn)水量 供水水 施加階躍輸入信號(hào) 階躍響應(yīng)輸出 丹麥泵 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥 水箱 第 28 頁(yè) 圖 52 中水箱階躍響應(yīng)曲線 由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)可能存在誤差，直接使用計(jì)算法求解水箱模型會(huì)使誤差增大。所以使用 MATLAB 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)最 小二乘法原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行最佳擬合后，再計(jì)算水箱模型。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中將階躍響應(yīng)初始點(diǎn)的值作為 Y 軸坐標(biāo)零點(diǎn)，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為 Y 軸上的各階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)；將對(duì)應(yīng) Y 軸上階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集時(shí)間作為曲線上各 X 點(diǎn)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(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算中水箱特性參數(shù)如下： 第 29 頁(yè) 圖 54 中水箱參數(shù)計(jì)算曲線 由圖知： )0( )(,18,212 ?????? xyKssT ? 故中水箱傳遞函數(shù)為： e SSSG 181 1212 )( ??? 下水箱參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)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(shí)。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=50,即對(duì)中水箱輸入階躍信號(hào) ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié) 時(shí)間后 ,水箱液位重新進(jìn)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(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算下水箱特性參數(shù)如下： 第 30 頁(yè) 圖 56 下水箱參數(shù)計(jì)算曲線一 圖 57 下水箱參數(shù)計(jì)算曲線二 由圖知： )0( )(,12,478 ?????? xyKssT ? 第 31 頁(yè) 故下水箱傳遞函數(shù)為： e SSSG 122 14 78 )( ??? 中下水箱參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)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(shí)。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=50,即對(duì)中下水箱輸入階躍信號(hào) ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后 ,下水箱液位重新進(jìn)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(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算中下水箱特性參數(shù)如下： 圖 59 中下水箱參數(shù)計(jì)算曲線 第 32 頁(yè) 由圖知： )0( )(,30,540 ?????? xyKssT ? 主管流量參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)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(shí)。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=80,即對(duì)主管輸入階躍信號(hào) ,使其值離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后 ,主管流量重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。 圖 510 主管流量階躍響應(yīng)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(yè) 圖 511 主管流量階躍響應(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算主管流量特性參數(shù)如下： 圖 512 主管流量參數(shù)計(jì)算曲線 由圖知： )0( )(,6,20 ?????? xyKssT ? 故主管流量 傳遞函數(shù)為： e SSSG 63 120 )( ??? 第 34 頁(yè) 6 系統(tǒng)調(diào)試 下水箱單回路 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 此時(shí)將參數(shù)輸入，改變下水箱液位設(shè)定值，進(jìn)行單回路整定，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié) 果如下： 圖 61 下水箱單回路 中下水箱單回路 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 第 35 頁(yè) 此時(shí)將參數(shù)輸入，改變下水箱液位設(shè)定值，進(jìn)行單回路整定，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果如下： 圖 62 中下水箱單回路 中下水箱液位串級(jí) 采用兩步整定 法，第一步整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，第二步整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。 中水箱單回路 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m in1, ???ip TPK 此時(shí)將參數(shù)輸入，改變中水箱液位設(shè)定值，進(jìn)行副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果如下： 第 36 頁(yè) 圖 63 中水箱單回路 中 下水箱液位串級(jí) 將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)， 仍然用響應(yīng)曲線法測(cè)定參數(shù)。首先設(shè)定中水箱液位為 1cm，等下水箱液位達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，再設(shè)定中水箱液位為 3cm，其響應(yīng)如下： 圖 64 內(nèi)環(huán)特性測(cè)試 在 matlab 中作出擬合曲線并用切線法計(jì)算參數(shù)如下： 第 37 頁(yè) 圖 65 內(nèi)環(huán)特性參數(shù)計(jì)算 由圖知： )0( )(,45,975 ?????? xyKssT ? 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 4 0 ????? sT i ? 故主調(diào)節(jié)器 m , ???ip TPK 分別將計(jì)算的主副調(diào)節(jié)器參數(shù)輸入，設(shè)定下水箱液位值，下水箱動(dòng)態(tài)響應(yīng)如下： 圖 66 中下水箱液位串級(jí) 1 然后增大 pK 進(jìn)行調(diào)整，減小靜差，最終 40?pK 時(shí)，得到較好的結(jié)果： 第 38 頁(yè) 圖 67 中下水箱液位串級(jí) 2 下水箱液位主管流量串級(jí) 主管流量單回路 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m , ???ip TPK 此時(shí)將參數(shù)輸入，改變主管流量設(shè)定值，進(jìn)行單回路整定，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)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(diào)節(jié)器參數(shù)為 m ,15 ?? ip TK 下水箱液位主管流量串級(jí) 將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，