【正文】 不會出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。 （三）衰減曲線法（阻尼振蕩法） 圖 4： 1衰減曲線法圖形 在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖 所示的 4： 1 衰減過程為止。這時的比例度稱為 4： 1 衰減比例度，用 δS表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4： 1 衰減周期 TS。根據(jù) δS和 TS，運用表 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 表 衰減曲線法計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI(min) TD(min) P δ S PI S PID S TS （四）動態(tài)特性參數(shù)法 所謂動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計算的方法，即根據(jù)第二章中對象特性的階躍響應(yīng)曲線測試法測得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)（ K、 T、τ等），利用表 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應(yīng)于衰減率為 4： 1 時調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（ 4： 1 衰減）就有難度，此時應(yīng)采用動態(tài)特性參數(shù)法進(jìn)行整定。 表 經(jīng)驗計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI TD P TK? 100% PI TK? 100% PID TK? 100% 2τ 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 實驗原理 本實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 所示。被控量為氣動調(diào)節(jié)閥支路（也可采用變頻器支路）的流量，實驗要求氣動閥支路流量穩(wěn)定至給定值。將電磁流量計 FT1 檢測到的流量信號作為反饋信號，并與給定量比較，其差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制管道流量的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 控制，并在實驗中 P、 I 參數(shù)設(shè)置要比較大。 圖 單閉環(huán)流量定值控制系結(jié)構(gòu)圖 圖 單閉環(huán)流量定值控制系方框圖 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 實驗控制系統(tǒng)流程圖 本實驗控制系統(tǒng)流程圖如圖 所示。 圖 實驗控制系統(tǒng)流程圖 本實驗中的流量檢測裝置（電磁流量計）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（閥門定位器）均為帶 PROFIBUSPA 通訊接口的部件，掛接在 PROFIBUSPA 總線上，PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與 PROFIBUSDP總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，由于PROFIBUSPA 總線和 PROFIBUSDP 總線中信號傳輸是雙向的，這樣既完成了現(xiàn)場檢測信號向 CPU的傳送，又使得控制器 CPU3152 DP 發(fā)出的控制信號經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達(dá) PROFIBUSPA總線來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門定位器。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 實驗內(nèi)容與步驟 本實驗選擇氣動閥支路流量作為被控對象。實驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門 F1 F1 F1 F111 全開，其余閥門均關(guān)閉。 ： ~220V接面板 COM， N 與 N N N3 短接， D D D3分別接面板 DO DO DO3；弱電連線： 將“ FT1 電動閥支路流量 ” （ 15V信號）對應(yīng)接至模擬量輸入通道 AI0；將模擬量輸出通道 AO0 接至電動閥控制輸入。 2．接通總電源空氣開關(guān)， 閉合三相電源和單向電源， 打開 控制站電源，給S7300PLC 上電 ，連上氣動調(diào)節(jié)閥 。 3．打開 Step 7 軟件，打開“ S7300PLC”程序進(jìn)行下載，然后將 S7300PLC 置于運行狀態(tài)，然后運行 WinCC 組態(tài)軟件，打開“ S7300PLC 控制系統(tǒng) ”工程，然后激活 WinCC 運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實驗十一 、 單回路流量 PID 控制實驗”，進(jìn)入“實驗十一”的監(jiān)控界面，如圖 . 圖.1 實驗界面 4．在上位機(jī)監(jiān)控界面中將設(shè)置為“手動”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個合適的值 。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 5．合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當(dāng)增加 /減少輸出值，使流量 平衡于設(shè)定值。 6．按 經(jīng)驗法或動態(tài)特性參數(shù)法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，選擇 PI 控制規(guī)律，并按整定后的 PI 參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。 7．待流量 接近于給定值后， 將調(diào)節(jié)器切換到“自動”控制狀態(tài)，待流量 平衡后，通過以下幾種方式加干擾： （ 1） 突增（或突減）設(shè)定值的大小，使 其有一個正（或負(fù)）階躍增量的變化； （ 2） 將氣 動調(diào)節(jié)閥的旁 路 F10 開至適當(dāng)開度； （ 3）將下水箱進(jìn)水閥 F11 開至適當(dāng)開度； 以上幾種干擾均要求擾動量為控制量的 5％ ～ 15％， 干擾過大可能造成 系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后， 氣動調(diào)節(jié)閥支路（也可采用變頻器支路）的流量 便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定 至新的設(shè)定值（采用后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值），記錄此時的設(shè)定值、輸出值。 8．分別適量改變調(diào)節(jié)儀的 P 及 I 參數(shù)，重復(fù)步驟 6，用計算機(jī)記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。 9．分別用 P、 PD、 PID 三種控制規(guī)律重復(fù)步驟 4～ 8，用計算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。 圖 對象在相同階躍擾動下，采用不同控制規(guī)律時具有相同衰減率的響應(yīng)過程。 圖 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 測試結(jié)果 不同控制規(guī)律下的系統(tǒng)響應(yīng) 1） PID 控制規(guī)律測試 設(shè)置比例度 ，積分時間 20210，微分時間 10000，設(shè)置比例作用開關(guān)為1，積分作用開關(guān)為 1，微分作用開關(guān)為 1，打開控制柜中三相磁力泵，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如圖 所示。 圖 PID控 制規(guī)律響應(yīng)曲線 觀察曲線，系統(tǒng)響應(yīng)比較快，調(diào)節(jié)時間比較短，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時，靜差小，圖中曲線接近穩(wěn)定時系統(tǒng)震蕩比較厲害，說明微分在作用。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 2） PI 控制規(guī)律測試 設(shè)置比例度 ，積分時間 20210，微分時間 10000，設(shè)置比例作用開關(guān)為1，積分作用開關(guān)為 1，微分作用開關(guān)為 0，打開控制柜中三相磁力泵，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如圖 所示 圖 PI控制規(guī)律響應(yīng)曲線 觀察曲線，圖中曲線接近穩(wěn)定時系統(tǒng)比較平穩(wěn)，與圖 比較，說明沒有微分作用，系統(tǒng)調(diào)節(jié)相對有些滯后。雖然響應(yīng)曲線很平穩(wěn)，但并不能說明 PI 控制規(guī)律優(yōu)越，因為本實驗系統(tǒng)水箱容積較小，即使系統(tǒng)滯后，影響不大，也就是說微分作用在大容量系統(tǒng)中非常重要。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 3） P 控制規(guī)律測試 設(shè)置比例度 ，積分時間 20210，微分時間 10000，設(shè)置比例作用開關(guān)為1，積分作用開關(guān)為 0，微分作用開關(guān)為 0，打開控制柜中三相磁力泵，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如圖 所示 圖 P控制規(guī)律響應(yīng)曲線 觀察響應(yīng)曲線，其不能達(dá)到設(shè)定值，因為 P 控制規(guī)律為有差調(diào)節(jié)，但響應(yīng)十分迅速，沒有超調(diào)。 PD 控制規(guī)律與 P 控制規(guī)律類似，不能改變其有差調(diào)節(jié)特性，只能增加調(diào)節(jié)速度，縮短響應(yīng)時間。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 4）改變參數(shù) PID 控制規(guī)律測試 設(shè)置比例度 1，積分時間 10000，微分時間 5000，設(shè)置比例作用開關(guān)為 1，積分作用開關(guān)為 1，微分作用開關(guān)為 1，打開控制柜中三相磁力泵，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如圖 所示 圖 改變參數(shù)后 PID控制規(guī)律響應(yīng)曲線 觀察曲線與圖 相比由于降低了比例度，響應(yīng)不如大比例度系統(tǒng) 迅速，微分作用不強(qiáng)，曲線毛刺很小，積分滯后不明顯。 5）改變參數(shù)后 PI 控制規(guī)律測試 設(shè)置比例度 1，積分時間 10000，微分時間 5000，設(shè)置比例作用開關(guān)為 1，積分作用開關(guān)為 1，微分作用開關(guān)為 0，打開控制柜中三相磁力泵，觀察系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如圖 所示 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖 改變參數(shù)后 PID控制規(guī)律響應(yīng)曲線 觀察曲線此曲線與圖 相比沒有毛刺，說明微分作用對于系統(tǒng)響應(yīng)速度影響較大，與改變參數(shù)前比響應(yīng)時間降低。 結(jié)論 針對以上在不同控制方式和不同 PI 參數(shù)下系統(tǒng)的響應(yīng)，得出如下結(jié)論，比例度對于系統(tǒng)響應(yīng)速度很重要，但如果太高導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定，增加系統(tǒng)硬件壓力。積分作用能夠消除殘差，但如果太強(qiáng)則會造成系統(tǒng)滯后。微分作用能夠提前動作，抑制超調(diào)，增加響應(yīng)速度適合于快速反應(yīng)系統(tǒng)。 我認(rèn)為針對不同的控制對象，采用不同的控制規(guī)律，這樣才能有效地控制系統(tǒng)。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 結(jié)束語 在本 次課 程 設(shè) 計 中，我充分利用了 計算機(jī)控制和過程控制 的原理，也逐步了解了機(jī)控知識，在課程設(shè)計中，學(xué)會了簡單應(yīng)用。這個階段也許就是學(xué)習(xí)的初級階段，最重要的是在枯燥中發(fā)現(xiàn)新奇，逐漸獲得興趣。 書本中的知識付諸實踐，我受益匪淺，不僅深刻的了解了這套實驗系統(tǒng)，更加深的理解了各種控制規(guī)律。從中，我體會到抱以極大的信心 ，并且持之以恒，對學(xué)習(xí)、工作有著巨大的意義的。 在設(shè)計過程中，我也充分感受到了團(tuán)隊合作力量的強(qiáng)大，一個人想出了方案但可能不完美，相互補(bǔ)充就保證了 系統(tǒng) 的嚴(yán)謹(jǐn)和完美。我們各人之間好好的配合，分工合作，設(shè)計過程沒有 一團(tuán)亂麻。更為可貴的是，我們彼此鼓勵，同舟共濟(jì)地處理每個問題。因此加強(qiáng)團(tuán)隊 合作精神，對工作有著重要意義。通過討論與實踐，我們加強(qiáng)了對 THJFCS 型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置的 了解。也增加了對自動化控制 的興趣， 對控制的應(yīng)用感到好奇?？傊?，我們做到理論聯(lián)系實際，學(xué)會了計算機(jī)控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng) 這 兩 門課程，而此次課程設(shè)計恰恰提供了一個好機(jī)會，讓我們從實踐中加深了對所學(xué)知識的理解。因此這次課程設(shè)計 讓我 收益匪淺 ，在此非常感謝任課老師的授課 。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 參考文獻(xiàn) [1]康波，李云霞 .計算機(jī)控制系統(tǒng) .北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [2] 陽憲慧 .現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用 .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [3] 劉華波 .西門子 S7200PLC 編程及應(yīng)用案例精選 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [4] 王錦標(biāo) .計算機(jī)控制系統(tǒng) . 北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [4] 向曉漢等 .西門子 PLC 高級應(yīng)用實例精講 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [6] S7200PLC 可編程控制器系統(tǒng)手冊 [M]. 西門子公司， 2021： 160162 [7]高金源，夏潔 .計算機(jī)控制系統(tǒng) . 北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [8]黃德先，王京春，金以慧 .過程控制系統(tǒng) .北京：清華大學(xué)出版社， [9]呂勇哉 .工業(yè)過程模型化及計算機(jī)控制 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1986 [10]陳夕松，汪木蘭 .過程控制系統(tǒng) .北京：科學(xué)出版社， 2021 [11]蔣慰孫，俞金壽 .過程控制工程 .第二版 .北京：中石化出版社， 2021 [12]Shinskey F .第二版 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1982