【正文】 減小誤差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例控制系數(shù)。比例控制的缺點是對于具有自平衡性(即系統(tǒng)階躍響應(yīng)終值為一有限值)的被控對象存在靜差。如果將系數(shù)調(diào)整過大來減少靜差會導(dǎo)致動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。2. 積分環(huán)節(jié)積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)TL,TL越大,積分作用越弱,反之則越強(qiáng)。它能對誤差進(jìn)行記憶并積分,有利于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。但它的不足之處在于積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強(qiáng)會使控制的動態(tài)性能變差，以至于使系統(tǒng)不穩(wěn)定。3. 微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，對誤差進(jìn)行微分，并能在偏差信號值變得太大之前，敏感出誤差的變化趨勢，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，增大微分控制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間，減少超調(diào)量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，它的缺點是對于干擾同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾能力降低。計算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器。數(shù)字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。本系統(tǒng)采用增量式PID控制算法，具體表達(dá)式為： （53）控制系統(tǒng)示意圖如下：圖52 增量式PID控制系統(tǒng)框圖實際使用中可將表達(dá)式寫為： （54）式中 （55） （56） （57）其中A ,B ,C都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。由于一般計算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期TS，一旦確定了KP、TL、TD只要使用前后3次測量值的偏差，即可得出控制增量。采用增量式算法時，計算機(jī)輸出的控制增量Au(k)對應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置(例如閥門開度)的增量。本系統(tǒng)PID控制算法程序框圖如下所示：圖53 增量式PID控制算法程序框圖 PID控制的局限性及新方法的探求PID 算法以其結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、物理意義明確及穩(wěn)態(tài)無靜差等優(yōu)點在工業(yè)控制中處于主導(dǎo)地位。但是，隨著工業(yè)的發(fā)展，對象的復(fù)雜程度不斷加深，尤其對于大滯后、時變的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng):其中有的參數(shù)未知或緩慢變化；有的帶有延時或隨機(jī)干擾。有的無法獲得精確的數(shù)學(xué)模型或模型非常粗糙。加之，人們對控制品質(zhì)的要求日益提高，常規(guī)PID控制的缺陷逐漸暴露出來。首先，PID控制參數(shù)一般是人工整定，要求設(shè)計者有豐富的工程經(jīng)驗；其次，一次性整定得到的PID參數(shù)很難保證其控制效果始終處于最佳狀態(tài)。對于時變對象和非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制更是顯得無能為力。因此，常規(guī)PID控制的應(yīng)用受到限制和挑戰(zhàn)。人們在對PID應(yīng)用的同時，也對其進(jìn)行了各種改進(jìn)：主要體現(xiàn)在兩個方面:一是對常規(guī)PID本身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，即變結(jié)構(gòu)PID控制，主要有:積分分離PID控制算法、遇限削弱積分PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法。另一方面，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和專家控制是目前智能控制中最為活躍的領(lǐng)域，它與常規(guī)PID控制相結(jié)合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成所謂智能PID控制這種新型控制器已引起人們的普遍關(guān)注和極大的興趣，并己得到較為廣泛的應(yīng)用。它具有不依賴系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型的特點，對系統(tǒng)參數(shù)變化具有較好的魯棒性。由于本人知識的有限性，具體內(nèi)容將不再贅述。第六章 全 文 總 結(jié) 液位測控實驗系統(tǒng)是一個集計算機(jī)液位自動測量、控制、過程可視化、檢測和數(shù)據(jù)處理為一體的原理實驗系統(tǒng)，計算機(jī)液位測量的全過程：從傳感器到信號放大器，從顯示儀表到計算機(jī)采集，計算機(jī)動態(tài)顯示和記錄，以及液位系統(tǒng)的計算機(jī)閉環(huán)自動控制等的。針對所述液位計算機(jī)測控實驗系統(tǒng)，本文完成的主要工作如下：簡要介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；詳細(xì)介紹了壓阻式壓力傳感器和信號調(diào)理電路，包括傳感器的結(jié)構(gòu)、基本工作原理及存在問題和解決措施；調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)和各部分的組成原理，并且使用PROTEL軟件繪制出了這兩部分的整體電路圖，計算出了信號調(diào)理電路中測量放大器的增益及各元件參數(shù)。以實現(xiàn)系統(tǒng)的信號采集和調(diào)理功能；詳細(xì)介紹了計算機(jī)測控的硬件部分，包括數(shù)據(jù)采集卡NI USB6008以及連接卡與信號調(diào)理電路；分析了使用LabVIEW開發(fā)平臺的系統(tǒng)軟件程序并介紹了液位計算機(jī)測控系統(tǒng)的用戶使用界面所能實現(xiàn)的功能；深入介紹了系統(tǒng)的執(zhí)行部分的核心部件電磁控制板的組成部件，包括繼電器的原理、結(jié)構(gòu)特征、注意事項和六反向器74LS04的工作原理，然后簡要的介紹了電磁閥門；針對已有系統(tǒng)存在的非線性控制的不足，提出了使用線性閥門和PID控制的線性化改進(jìn)方法。在設(shè)計過程中，由于時間緊促，有些問題暫時還無法處理，如： 系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計實驗由于本人經(jīng)驗不足，歷史讀取及記錄模塊沒有編寫； PID控制也存在著自己的不足之處，需要探求一種新的算法進(jìn)行更深入的改進(jìn)。 這些問題都需要在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。參考文獻(xiàn)[1]. .《傳感檢測技術(shù)及應(yīng)用 .第2版》[M] 北京：中國計量出版社 [2]. 徐文尚. 《 》[M] 北京：北京大學(xué)出版社 [3]. 潘新民,《微型計算機(jī)控制技術(shù)》[M] 電子工業(yè)出版社 2003[4]. 蔡錦福, 《運算放大器原理與應(yīng)用》[M] 科學(xué)出版社 吳道悌.《非電量電測技術(shù)》[M] 西安： 西安交通大學(xué)出版社 2001 [5]. .《集成電路應(yīng)用》[M] 成都： 電子科技大學(xué)出版社 2004 [6]. 劉君華.《虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程》[M] 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 [7]. 陳國順.《測試工程及LabVIEW應(yīng)用》[M] 北京: 清華大學(xué)出版社 [8]. NIUSB6008/6009用戶指南和產(chǎn)品規(guī)范 電子文獻(xiàn)地址: 致 謝在這兩個多月的畢業(yè)設(shè)計中，在趙曉蓓老師的悉心指導(dǎo)和鼓舞下，我克服了一個又一個的困難。趙老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、品德高尚、學(xué)識淵博、平易近人，教會了我許多的道理，使我受益匪淺。同時也特別感謝陳東老師在LabVIEW軟件編程方面給與的幫助。在論文完成之際，對兩位導(dǎo)師一直以來給予的諄諄教誨和支持表示衷心的感謝。感謝大學(xué)四年學(xué)校里的老師和同學(xué)們，為我提供的學(xué)習(xí)環(huán)境。你們使我懂得了如何去主動的學(xué)習(xí)，使我對本專業(yè)外的知識產(chǎn)生了濃厚的興趣，謝謝你們。感謝NI的工程師們，為虛擬儀器設(shè)計出了如此完美的開發(fā)平臺。你們的工作很了不起，很值得我尊敬。感謝百度、谷歌公司提供了如此優(yōu)秀的搜索引擎。使得我設(shè)計的很多的問題都可以輕松的得到解決。同時感謝學(xué)校的圖書館為我們提供的豐富資源。畢業(yè)設(shè)計小結(jié)歷經(jīng)整整大四的下半個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計馬上就要結(jié)束了，這是我們大學(xué)之中最后一個也是最重要的一個設(shè)計、一個階段。畢業(yè)設(shè)計是考驗我們大學(xué)這四年來的所學(xué)，它要求我們將大學(xué)這四年來所學(xué)到的知識能夠融會貫通、熟練應(yīng)用，并要求我們能夠理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們的綜合運用能力以及解決實際問題的能力。 這次的畢業(yè)設(shè)計，是對我這四年來所學(xué)的專業(yè)知識是否踏實的檢驗，讓我對這四年中所學(xué)知識進(jìn)行了綜合，并得到了一定得升華，也讓我溫習(xí)了一些已經(jīng)快要淡忘的專業(yè)知識，并且還學(xué)到了一些實際經(jīng)驗。與此同時，我也充分認(rèn)識到自身的許多不足：基礎(chǔ)知識學(xué)得不夠扎實，缺乏綜合運用及理論聯(lián)系實際的能力等。這些都是我以后需要不斷學(xué)習(xí)，提高自己綜合能力加以克服的。通過這次實踐，我了解了液位測控系統(tǒng)的工作原理，熟悉了液位測控系統(tǒng)硬件的設(shè)計步驟，鍛煉了工程設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐是對自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄。因此，不管在學(xué)習(xí)和工作中必須腳踏實地，不斷地充實自已。附 錄1. 74LS74推薦工作條件2. 電路板設(shè)計步驟一般而言，設(shè)計電路板可以分為三大步驟：A．電路原理圖的設(shè)計電路原理圖的設(shè)計主要是PROTEL099的原理圖設(shè)計系統(tǒng)（Advanced Schematic）來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用PROTELl99所提供的各種繪圖工具，各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確，精美的電路原理圖。B．產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖（SCH）與印制電路板設(shè)計（PCB）之間的一座橋梁。他是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可以從印制電路板中提取出來。（由于本論文制作電路選用PROTEL99SE版本，無需產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表，因此產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表的步驟可省略）C．印制電路板的設(shè)計印制電路板的設(shè)計主要是針對PROTELl99的另外一個重要部分PCB而言的，在這個過程中，我們借助PROTELl99提供強(qiáng)大的功能實現(xiàn)電路板面的設(shè)計，完成我們的工作。3. NI USB6008/6009的I/O 連接器 NI USB6008/6009 隨附一個用于模擬信號的可拆卸式螺栓端子連接器和一個用于數(shù)字信號的可拆卸式螺栓端子連接器。端子連接器可提供16 個連接，使用16 AWG 至28 AWG 導(dǎo)線。表1 為模擬端子說明，表2 為數(shù)字端子說明，表3 詳細(xì)描述了I/O 連接器的可用信號。表1 模擬端子說明表2 數(shù)字端子說明表3 信號說明