【正文】 動(dòng)f2(t)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器執(zhí)行器副對(duì)象主對(duì)象測量與 變送器2測量與 變送器1(1) 被控參數(shù)的選擇 應(yīng)選擇被控過程中能直接反映生產(chǎn)過程能夠中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因?yàn)橄滤涞囊何皇钦麄€(gè)控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。如果其調(diào)節(jié)欠妥當(dāng)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的失敗,且現(xiàn)在對(duì)于液位的測量有成熟的技術(shù)和設(shè)備，包括直讀式液位計(jì)、浮力式液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、電磁式液位計(jì)、超聲波式液位計(jì)等。(2) 控制參數(shù)的選擇從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個(gè)量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。調(diào)節(jié)這兩個(gè)流量都可以改變液位的高低。但當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥突然斷電關(guān)斷時(shí)，后一種控制方式會(huì)造成長流水，導(dǎo)致水箱中水過多溢出，造成浪費(fèi)或事故。所以選擇流入系統(tǒng)的流量作為控制參數(shù)更合理一些。(3) 主副回路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。副回路應(yīng)對(duì)于包含在其內(nèi)的二次擾動(dòng)以及非線性參數(shù)、較大負(fù)荷變化有很強(qiáng)的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力。主副回路時(shí)間常數(shù)之比應(yīng)在3到10之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過程特性。下水箱容量滯后與上水箱相比較大，而且控制下水箱液位是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題，所以選擇主對(duì)象為下水箱，副對(duì)象為上水箱。 (4) 控制器的選擇根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，主調(diào)節(jié)器選擇比例積分微分控制規(guī)律(PID)，對(duì)下水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器選擇比例控制率(P)，對(duì)上水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并輔助主調(diào)節(jié)器對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行控制，整個(gè)回路構(gòu)成雙環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)仿真通過MATLAB中的SIMULINK工具箱可以動(dòng)態(tài)的模擬所的構(gòu)造系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，以控制框圖代替了程序的編寫，只需要選擇合適仿真設(shè)備，添加傳遞函數(shù)，設(shè)置仿真參數(shù)。下面根據(jù)前文的水箱模型傳遞函數(shù)對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以模擬實(shí)際中的階躍響應(yīng)曲線，考察串級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是否合理。1. 階躍響應(yīng)性能 SIMULINK仿真框圖通過手動(dòng)切換開關(guān)（Manual Switch）可以實(shí)現(xiàn)副回路的引入與切除，以了解副回路對(duì)控制性能的影響,比較串級(jí)控制和非串級(jí)控制對(duì)雙容水箱液位的控制能力。在時(shí)間為0時(shí)對(duì)系統(tǒng)加入大小為30的階躍信號(hào)，設(shè)置主控制器PID參數(shù)KP=60 TI=50 TD=3 。副控制器P參數(shù)為KP=50，在初始點(diǎn)加40點(diǎn)階躍輸入量觀察階躍響應(yīng)曲線。 MATLAB加入副回路仿真曲線圖 MATLAB不加入副回路仿真曲線：.，引入副回路組成雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)后動(dòng)態(tài)特性比不加入副回路的控制系統(tǒng)有了很大的改善，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。 2．抗擾動(dòng)能力維持初始階躍信號(hào)不變，并在副回路中加入擾動(dòng)信號(hào)，觀察響應(yīng)曲線. 在400s經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動(dòng)信號(hào)。控制器參數(shù)不變。 SIMULINK仿真框圖 MATLAB加入副回路仿真曲線 MATLAB不加入副回路仿真曲線：.，引入副回路組成雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)后能夠很好的克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng),。綜上所述,、抗擾動(dòng)能力等方面與非串級(jí)控制系統(tǒng)是較為有效的。,不可能得到與計(jì)算機(jī)仿真一致的理想曲線和控制性能。四．結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我將書本上學(xué)過的知識(shí)（自動(dòng)控制原理、過程控制原理、微機(jī)控制技術(shù)等）應(yīng)用于實(shí)際控制系統(tǒng)的組建之中，在實(shí)驗(yàn)室中完成了儀表過程控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)的組建,實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙容水箱液位的串級(jí)控制。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識(shí)，掌握了實(shí)際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，使對(duì)自動(dòng)控制的理解上升到一個(gè)新的臺(tái)階。在設(shè)計(jì)中使用了MATLAB軟件，利用這個(gè)軟件可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。特別是利用SIMULINK工具箱可以便捷地對(duì)不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過對(duì)PID控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對(duì)在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，使對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更加明確。在實(shí)際控制系統(tǒng)的組建中，控制方案的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案能夠使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)事半功倍，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控過程的特性和工程要求綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。對(duì)于設(shè)計(jì)的兩種控制系統(tǒng)，可以做進(jìn)一步的改進(jìn)。在設(shè)計(jì)方案方面，由于是通過控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度以改變水箱液位，可以增加輸入的水流量作為控制對(duì)象，使得對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制更加直接。同時(shí)上下水箱間的輸水閥和下水箱與總出水箱輸水閥的開度大小也會(huì)對(duì)液位的控制造成影響，應(yīng)當(dāng)考慮如何對(duì)他們進(jìn)行控制。在硬件設(shè)備方面，可以使用采集速度更快的儀表，加強(qiáng)控制器的調(diào)節(jié)能力，改善電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作性能。在條件允許的情況下，采用更高精度的采集模塊。在控制器方面，可以對(duì)控制方法進(jìn)行改善，雖然電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)是位置信號(hào)，但調(diào)節(jié)閥動(dòng)作仍是通過控制電機(jī)改變閥位，可考慮能否采用增量算法直接控制電機(jī)，克服位置算法中因需要累加偏差而造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作過大的缺點(diǎn)。在實(shí)際的工作崗位上，將要設(shè)計(jì)不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場的過程控制系統(tǒng)不同于實(shí)驗(yàn)室中的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將面臨遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的多的現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計(jì)系統(tǒng)未必是最先進(jìn)的、最現(xiàn)代化，但必須是有效、可行、可靠。五．參考文獻(xiàn) 《自動(dòng)控制原理》 科學(xué)出版社 《MATLAB實(shí)用教程》 《過程控制》 《先進(jìn)PID控制及MALAB仿真》 《應(yīng)用MATLAB建模與仿真》科學(xué)出版社 2001指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語指導(dǎo)教師針對(duì)論文的答辯意向： □ 參加答辯 □ 不參加答辯 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績成績等次優(yōu)秀良好中等及格不及格評(píng)定等次畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯情況提問問題：1.2.3．對(duì)答辯學(xué)生回答的評(píng)語：23