過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)—三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-06-07 09:36本頁(yè)面
【正文】 ID 調(diào)節(jié) H1 的 響應(yīng)曲線 圖 24 PID 調(diào)節(jié) H2 的 響應(yīng)曲線 圖 25 PID 調(diào)節(jié) H3 的 響應(yīng)曲線 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 從 圖中看到，雖然 實(shí)現(xiàn) 了無(wú) 靜差 控制 ， 但 響應(yīng) 時(shí)間 比較長(zhǎng) ， 1h 、 2h 、 3h 的響應(yīng)時(shí)間分別為 3000s、 2750s、 2900s。超調(diào)量分別為 15%、 18%、 5%。相對(duì)于單回路控制而言，明顯提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，使得系統(tǒng)性能有了較大的改善 ，控制效果相對(duì)理想。 串級(jí) 反饋調(diào)節(jié) 為提高 3h 的響應(yīng)速度，采用串級(jí)控制方法 ，由于對(duì) 1h 、 2h 的調(diào)節(jié)品質(zhì)沒(méi)有很高要求，因此，使用具有“粗調(diào)”作用的副控制器調(diào)節(jié) 1h 、 2h ，具有“細(xì)調(diào)”作用的主控制器調(diào)節(jié)要求較高的 3h 。 利用內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié) 1h 、 2h ，使得 1h 、 2h 調(diào)節(jié)時(shí)間更短，從而間接提高 3h 的響應(yīng)品質(zhì)。串級(jí)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法使用兩步法：先整定內(nèi)環(huán)，在整定外環(huán) 。 加一級(jí)水箱的 1h 液位的負(fù)反饋 由于 對(duì) 1h 、 2h 的調(diào)節(jié)品質(zhì)沒(méi)有很高要求，允許有余差，故內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)可以使用P 調(diào)節(jié)，而液位 3h 是生產(chǎn)過(guò)程中的重要指標(biāo)，要求很高，故在外環(huán)調(diào)節(jié)仍使用PID 調(diào)節(jié)，但由于在單回路中 PID 調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不滿意，故在串級(jí)調(diào)節(jié)中適當(dāng)增加 d? ，即 550?d? 。在 本次設(shè)計(jì)中，內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù) 35?pK 。 圖 27 串級(jí)控制 的仿真框圖 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 圖 28 串級(jí) 控制的 H1 響應(yīng) 曲線 圖 29 串級(jí) 控制的 H2 響應(yīng) 曲線 圖 30 串級(jí) 控制的 H3 響應(yīng) 曲線 由 仿真結(jié)果可知， 1h 、 2h 、 3h 的響應(yīng)時(shí)間得到明顯的改善， 分別 為 1000s、1500s、 1750s。 雖然 2h 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò) 程不理想， 超調(diào)過(guò)大，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中并不會(huì)溢出物料罐，同時(shí) 3h 的超調(diào)減少了，而響應(yīng)時(shí)間有了 很大的改善。 說(shuō)明串級(jí)控制作用 很理想。 加二 級(jí)水箱的 2h 液位的負(fù)反饋 進(jìn)行 進(jìn)一步 的調(diào)節(jié) ， 加入二 級(jí)水箱的 2h 液位負(fù)反饋 。 內(nèi)環(huán)使用 p 調(diào)節(jié)， 比三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 例度為 ； 外環(huán)使用 PI 調(diào)節(jié)，傳遞函數(shù)ss700 ?。 圖 31 串級(jí)控制 加入二級(jí)水箱液位的負(fù)反饋仿真框圖 內(nèi)環(huán)使用 p 調(diào)節(jié)， 比例度為 ； 外環(huán)使用 PI 調(diào)節(jié)，傳遞函數(shù) ss700 ? 。單位階躍響應(yīng)如下圖： 圖 32 二級(jí) 負(fù)反饋的 H1 響應(yīng) 曲線 圖 33 二級(jí) 負(fù)反饋的 H2 響應(yīng) 曲線 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 圖 34 二級(jí) 負(fù)反饋的 H3 響應(yīng) 曲線 從圖中可以得知雖然 1h 、 2h 、 3h 的超調(diào)量有明顯的改善，但是響應(yīng)時(shí)間并沒(méi)有很大的改變。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)相應(yīng)時(shí)間的要求比較高，故這種控制方法效果并不理想。 加三 級(jí)水箱的 3h 液位的負(fù)反饋 加上三級(jí)負(fù)反饋，其中外環(huán)使用 PI 調(diào)節(jié) ss100 ? ；第一層內(nèi)環(huán)使用超前校正 12 1200??ss ；第二層內(nèi)環(huán)使用 P 調(diào)節(jié)，比例度 。 仿真框圖如圖 35 所示。 圖 35 串級(jí)控制 加入 三級(jí) 負(fù)反饋仿真框圖 階躍響應(yīng)曲線如圖 3 3 38： 圖 36 三級(jí) 負(fù)反饋的 H1 響應(yīng) 曲線 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 圖 37 三級(jí) 負(fù)反饋的 H2 響應(yīng) 曲線 圖 38 三級(jí) 負(fù)反饋的 H3 響應(yīng) 曲線 從上圖可以得知 1h 、 2h 、 3h 的超調(diào)量分別為 5%、 40%、 15%， 響應(yīng)時(shí)間沒(méi)有很大的改善，分別為 2021s、 2021s、 2750s。但是對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程也已經(jīng)可以滿足要求了。 綜上所述，根據(jù)各種控制方法的仿真結(jié)果可以得知， 加一級(jí)水箱的 1h 液位的負(fù)反饋 的串級(jí)控制效果最為顯著，控制最為理想。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì) 1h 、 2h的要求并不高，所以本次設(shè)計(jì)最終價(jià)采用這種方法進(jìn)行三容水箱的控制。 4 參考文獻(xiàn) 【 1】 Pao . Process Control . [M] . Cambridge University Press 【 2】 林德杰 . 過(guò)程控制儀表及控制系統(tǒng) .[M] .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .2021 【 3】 姜捷，鄭瑩等 . 控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用 . [M]. 北京 . 化學(xué)工業(yè)出版社 . 2021 【 4】何離慶，朱文嘉等 . 過(guò)程控制系統(tǒng)和裝置 . [M]. 重慶 . 重慶大學(xué)出版社 . 2021
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