【正文】 e(t)： ()()etyrt??經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分 (D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量 u(t)，對被控對象進(jìn)行控制，故稱 PID 控制器。系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 46 所示，圖中 u(t)為 PID 調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 27 頁 r ( t )e ( t )比例積分++++u ( t )水泵 管網(wǎng)y ( t )－實際壓力給定壓力頻率轉(zhuǎn)速壓力變送器微分圖 46　PID 控制原理框圖PID 控制規(guī)律為： 1()()()()pdi etytKettT?????????式中：Kp 為比例系數(shù)；Ti 為積分時間常數(shù)；Td 為微分時間常數(shù)。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式： ()1)PdiUsGKTsE??PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差 e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp 的增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti，Ti 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。 系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型及參數(shù)取值由于變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是一個時變，非線性，遲滯，模型不穩(wěn)定北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 28 頁的對象，很難得出精確的數(shù)學(xué)模型而只能近似等效。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始壓力開始啟動水泵運行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時需經(jīng)歷兩個過程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個階段管網(wǎng)壓力基本保持初始壓力，這是一個純滯后的過程；其次是水泵將水充滿整個管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個大時間常數(shù)的慣性過程；由于系統(tǒng)中其他控制和檢測環(huán)節(jié)，如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測等的時間常數(shù)和滯后時間與供水系統(tǒng)的時間常數(shù)和滯后時間相比可忽略不計，所以可等效為比例環(huán)節(jié)。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以近似成一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成： ()1sKeGT????式中：K 為系統(tǒng)的總增益，T 為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)， 為系統(tǒng)滯后時間。?本設(shè)計中的 PID 參數(shù)值采用恒壓供水系統(tǒng)行業(yè)中的經(jīng)驗值，以省去繁瑣而不必的工程計算。取系統(tǒng)比例系數(shù) Kc=，采樣時間 Ts=，積分時間 Ti=180min，微分時間取零值。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 29 頁結(jié)論本文針對城市小區(qū)供水的特點，設(shè)計開發(fā)了一套基于 PLC 的變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，棄用原有的自耦降壓起動方式，同時水泵電機實現(xiàn)了自動控制。壓力變送器采樣后的管網(wǎng)壓力信號經(jīng)過 PID 處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。該系統(tǒng)不但有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且使系統(tǒng)工作可靠、節(jié)能效果顯著、實現(xiàn)了全自動控制、且無二次污染。本設(shè)計主要經(jīng)歷的工作如下：(1) 通過 PLC、變頻器實現(xiàn)對生活用水的恒壓控制。利用 PLC 實現(xiàn)對多泵切換的控制，通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調(diào)速實現(xiàn)對水壓的調(diào)節(jié)。(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子 STEP7 MicroWIN 編程軟件設(shè)計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。(3) 系統(tǒng)的運行仿真。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提高自己的同時，我也更加清楚的認(rèn)識到自己的一些不足之處。比如：在硬件設(shè)備之間的連接，I/O 端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設(shè)計的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 30 頁致 謝在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，我想借此機會對關(guān)心和支持我的所有人表示感謝！兩年來，我認(rèn)真地學(xué)習(xí)了專業(yè)課程基礎(chǔ)知識，具有一定的設(shè)計理論基礎(chǔ)和獨立設(shè)計能力，由于畢業(yè)設(shè)計的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設(shè)計，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計在深度和廣度上都有一定的局限性，不過，我認(rèn)為還是提高了認(rèn)識，學(xué)到了東西。所以我要感謝所有的老師，是你們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。我感到自己樹立了正確的世界觀、人生觀、價值觀。在此，我要感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和班主任老師，是你們教會我做人的道理。還有我要向在我論文傾注了大量心血和提供了許多幫助的各位老師、同學(xué)表示深深的敬意和謝意。我的指導(dǎo)老師在我完成論文的過程中傾注了悉心的指導(dǎo)和大力支持，在此表示深深地感謝。 感謝學(xué)校對我的培養(yǎng)。 最后要感謝我的家人和父母，在我的成長和求學(xué)過程中，他們付出了艱辛的汗水，給予了我無私的關(guān)懷！北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 31 頁參考文獻(xiàn)[1] 與變頻器[M].人民郵電出版，2022 ，第 28 卷第 3 期：135147 頁.[2] S7200 PLC 從入門到實踐[M].電子工業(yè)出版社,2022，第 32 卷第 2期：100117 頁.[3] 彭小紅, PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技 術(shù),，第 30 卷第 5 期：160175 頁.[4] 張萬忠， PLC 控制技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社 ,2022，第 26 卷第 1期：125136 頁.[5] 林俊贊,李雄松, 在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電機電器技術(shù),1999，第 16 卷第 5 期：7890 頁.[6] 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大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 33 頁學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 第 34 頁注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300 字左右） 、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論） 、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等） ，文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件） 。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它