【正文】 一階控制：過t=0作曲線切線，該切線與線交于一點，則這段切線在時間軸上的投影即為時間常數(shù)T?？芍猅=12s。串級控制： 最后求出。對于式（）t1/t2。當t1/t2=，為一階環(huán)節(jié)；當t1/t2=，過程的傳遞函數(shù) 由上述分析可知，該過程傳遞函數(shù)為二階慣性環(huán)節(jié)，相當于兩個具有穩(wěn)定的一階自平衡系統(tǒng)的串聯(lián)，時間常數(shù)越小，系統(tǒng)對輸入的反應越快，反之，若時間常數(shù)較大(即容器面積較大)，則反應較慢。由于該過程為兩個一階環(huán)節(jié)的串聯(lián)，過程等效時間常數(shù)Tmax(T1,T2)，故總體反應要較單一的一階環(huán)節(jié)慢的多。因此通?？捎靡浑A慣性環(huán)節(jié)加純滯后來近似無相互影響的多容系統(tǒng)。5 雙容液位控制系統(tǒng)的仿真5. 1 被控對象的仿真模型單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資少、技術成熟、操作維護也比較方便，在生產(chǎn)過程控制中得到廣泛應用。 為了設計好一個單回路控制系統(tǒng)，并使控制系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能指標均達到要求值，就必須很好地了解具體的生產(chǎn)工藝；合理的選擇被控參量和操縱變量；正確的選擇控制閥的形式及其流量特性；正確的選擇控制器的類型和控制器的參數(shù)等。串級控制系統(tǒng)必須合理地進行設計，才能使串級控制系統(tǒng)的優(yōu)越性得到充分的發(fā)揮。串級控制系統(tǒng)的設計包括主、副回路選擇，主、副控制器控制規(guī)律設計和主、副控制器的正、反作用方式的確定等。串級控制系統(tǒng)對進入副回路的二次干擾具有很強的克服能力。為此，再設計系統(tǒng)時應把變化劇烈、幅值大的干擾包括在副回路中，并且把副回路放大系數(shù)整定的應大些，會使干擾在影響到主變量之前經(jīng)副回路的超前、快速、有力地抑制將干擾對系統(tǒng)的影響降到最低[9]。雙容控制系統(tǒng)中，論文中選的水箱容量為36000立方厘米（30cm24cm50cm），由第四章介紹的建模方法得到的主被控對象的數(shù)學模型，副被控對象的數(shù)學模型為，控制器采用PI控制規(guī)律對系統(tǒng)進行仿真研究。控制器參數(shù)得到最佳參數(shù)值(，)時，得出單回路控制系統(tǒng)在一階擾動、二階擾動和一階、二階擾動同時作用情況下的仿真波形圖，串級控制系統(tǒng)在一階擾動、二階擾動和一階、二階擾動同時作用情況下的仿真波形圖。通過分析和比較單回路和串級也為控制系統(tǒng)的仿真波形圖，可以看出單回路液位控制系統(tǒng)和串級液位控制系統(tǒng)的差異，具體仿真過程如下所述。 單回路控制系統(tǒng)的仿真。（a）（b）（a）仿真框圖（b）單回路系統(tǒng)的階躍響應曲線 單回路系統(tǒng)作用下的仿真框圖 同樣對于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行大約900s后，圖加幅值為設定值理50%的一次階躍擾動信號，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為730s。KP=KI=（a）（b）（a）仿真框圖（b）擾動信號單獨作用下的輸出曲線 單回路系統(tǒng)一次干擾作用下的仿真框圖同樣對于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行大約900s，圖加幅值為設定值40%的一次階躍擾動信號，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為450sKP= KI=KD=5 （a）（b）（c）（a）仿真框圖（b）擾動信號單獨作用下的輸出曲線（c）給定信號和擾動信號同時作用下的輸出曲線 單回路控制系統(tǒng)一次干擾下的仿真框圖同樣對于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行大約900s后，同時突加幅值為設定值40%的一次和二次階躍擾動信號，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為530s。KP= KI=KD=5（a）（b）（c）（a）仿真框圖（b）一次和二次擾動信號信號同時作用時的輸出曲線（c）給定信號和擾動信號同時作用時的輸出曲線 單回路系統(tǒng)加一次、二次干擾下的仿真框圖5. 3 串級控制系統(tǒng)的仿真副控制器分別選擇P和PID作用，主控制器選擇PID作用，整定串級控制器的參數(shù)為最佳值，同樣是50%設定值設定值擾動。KP1= KI=KP2=（a）（b）（a）串級控制系統(tǒng)的仿真框圖（b）串級控制系統(tǒng)的階躍響應曲線對于串級控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行人約900s后加幅值為設定值50%的二次階躍擾動信號。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為300s。KP= KD=5KI= （a）（b）（c）（a）仿真框圖（b）擾動信號單獨作用下的輸出曲線（c）設定值和擾動同時作用下的輸出曲線 串級控制系統(tǒng)二次干擾作用下的響應曲線 當副環(huán)采用PID調(diào)節(jié)時KI1=KI2= KP= （a）（b） （c）（d）（e）（a）副調(diào)節(jié)器為PID的仿真框圖（b）輸入為設定值時的輸出曲線（c）擾動信號單獨作用下的仿真框圖（d）擾動信號單獨作用下的輸出曲線（e）設定值和擾動信號同時作用下的輸出曲線 串級控制系統(tǒng)一次干擾作用下的響應曲線對于串級控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行人約900s后加幅值為設定值50%的二次階躍擾動信號。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為300s。 （a）（b）（c）（a）仿真框圖（b）擾動信號單獨作用下的輸出曲線（c）設定值和擾動同時作用下的輸出曲線 串級控制系統(tǒng)一次和二次干擾同時作用下的響應曲線從上面的仿真曲線可以看出，串級控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)具有更好的控制效果?？朔藛位芈房刂撇荒芸朔娜萘繙髥栴}，同時對非線性過程也有了很好調(diào)節(jié)效果，有效地抑制了單回路控制中的大時延問題。分析可以看到：在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高。同時通過實驗，總結(jié)出PID控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律如下：（1）Kp增加則振蕩周期減??；反之亦然。（2）Kp增加則超調(diào)增加；反之亦然。（3）Kp增加則上升時間減??；反之亦然。（4）Ki增加則穩(wěn)定性下降；反之亦然。（5）Ki減小則超調(diào)下降；反之亦然。（6）Kd增加則穩(wěn)定性增加；反之亦然。（7）當系統(tǒng)輸出超過設定值時，減小Ki。（8）當系統(tǒng)上升時間大于要求的上升時間時，增加Ki。（9）在穩(wěn)態(tài)時，如果系統(tǒng)輸出產(chǎn)生波動現(xiàn)象，則適當增加Kd。（10）如果系統(tǒng)輸出對于干擾信號反應靈敏，則適當減小Kd。（11）如果上升時間過長，則增加Kp。（12）如果系統(tǒng)輸出產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，則減小Kp。結(jié)論經(jīng)過三個月的時間，我的論文終于完成了，回想起這三個月的艱辛，讓我覺得很值得。剛開始拿到論文時間，我對題目還不是很明白，就想通過上網(wǎng)查資料，希望能找到一篇一模一樣的論文，可還是沒找到，就在這找資料的過程中，我明白了很多東西，我看了很多稿相關論文，從中知道了題目的意思，和論文寫作思路。我做的是多容液位控制，是以串級的雙容液位控制過程來做的，在做論文的過程中用到了以MATLAB的仿真，數(shù)學建模和 PID控制，數(shù)學模型的建立和PID控制是本論文的基礎，如果沒有這兩個部分，我就沒辦法去做仿真。問題出現(xiàn)最多的就是仿真過程，剛開始仿真的時候，我以為建立模型然后就能達到預期的結(jié)果，沒想到我參數(shù)沒有調(diào)節(jié)好，以致我在仿真的這個地方用了很長時間，最后還是在老帥和同學的幫助下完成的。所有的工作做完以后就是論文的定稿了，由于我以前做的東西很散，所以整理起來不是很容易，不過最后還是整理出來了，看著我自己做出來的論文，我覺得工作已經(jīng)完成了，便發(fā)給老師看初稿，結(jié)果說我內(nèi)容作的太單調(diào)，仿真方法單一，所以我又開始了修改的工作。單一是因為我只有串級控制，所以我又做了一個單回路控制過程，又來比較兩者的優(yōu)越，通過仿真結(jié)果得出的波形，來說明問題，而不是通過單一的文字描述來說理。然后又對用到過的軟件做了一些簡介。經(jīng)過再三修改，論文終于完成了，也通過了老師的認可，論文終于定稿了。論文寫作的過程雖然很累，但努力終歸得到了收獲，自己覺得很自豪，回首走過的路，覺得現(xiàn)在心中平靜多了。致謝本文是在王克成老師精心指導和大力支持下完成的。王克成老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設計過程中我也學到了許多了關于液位PID控制以及液位控制系統(tǒng)仿真方面的知識，同時實驗技能有了很大的提高。畢業(yè)設計的完成也離不開其他各位老師、同學和朋友的關心與幫助。再次感謝楊玉杰老師在論文開題、初稿、答辯期間所提出的寶貴意見，感謝伍強同學對我仿真過程的幫助，感謝宿舍全體同學對我的鼓勵和支持。還要感謝同門的師兄師弟們，在設計過程中給我以很多建議和幫助?；叵脒@個論文的寫作過程，雖有不易，但我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會了設計的精髓和意義，因此倍感珍惜。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長人含辛茹苦的父母，謝謝你們！參考文獻[1] 李穎，[M].西安電子科技大學出版社，2009：131.[2] [M].清華大學出版社，2007：3142.[3] [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學.[4] [D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學，2006（6）.[5] [D].武漢：武漢大學碩士.[6] 陳懷琛. MATLAB及其在理工課程中的應用指南[M]，西電出版社出版，2000.[7] Istanbul, Turkey .MoradiM Techniques for PID Controller Desig[A].Proceedings of IEEE Conference on Control Applications，.[8] [J].自動化學報，2003，（3）.[9] 朱廣，[J].河南機電高等專科學校學報，2007,15（4）.[10] Johnson A，MoradiM H．PID Controller Design[M]．London：Springer2 Verlag, 2003.[11] 劉文定，[M].機械工業(yè)出版社，2009.[12] 高紅，陳旭，[J].化學工業(yè)與工程.