自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)報(bào)告水箱液位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-26 20:06本頁(yè)面
【正文】 給定擾動(dòng)（較大幅值的階躍擾動(dòng)） 第一次用副回路進(jìn)水閥給定擾動(dòng) 第二次用副回路進(jìn)水閥給定擾動(dòng)串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)于副回路進(jìn)水的頻繁劇烈變化具有一定的抑制作用，還有什么方法可以更好的抑制該擾動(dòng)對(duì)水箱液位的影響，使得控制質(zhì)量能夠進(jìn)一步提高。 答：可選用前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)能迅速有效地補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，并利于提高控制精度，理論上可做到完全消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。若選用前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，前提是擾動(dòng)參量是可量測(cè)和可控制的?？梢栽诟被芈窋_動(dòng)前加一個(gè)前饋補(bǔ)償器，通過(guò)模型計(jì)算，求得該補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)，進(jìn)而消除副回路擾動(dòng)的干擾。7 副回路進(jìn)水流量的前饋控制 前饋控制系統(tǒng)圖①此前饋控制系統(tǒng)的控制原理圖 副回路進(jìn)水流量的前饋控制原理圖 副回路進(jìn)水流量的前饋控制原理簡(jiǎn)化圖前饋控制又被稱為擾動(dòng)補(bǔ)償， 它與反饋調(diào)節(jié)的原理完全不同， 是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， 要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的變化， 當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就會(huì)發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)而使調(diào)節(jié)量做出相應(yīng)的變化， 使兩者抵消于被調(diào)節(jié)量發(fā)生偏離之前。因此，前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。 前饋控制器的模型 前饋控制框圖前饋—反饋控制系統(tǒng)有如下主要特點(diǎn)：（1） 在單純前饋控制下，擾動(dòng)對(duì)被控量的影響如式()所示，即 ()采用了前饋—反饋控制后，擾動(dòng)對(duì)被控量的影響為原來(lái)的。這就證明了由于反饋回路的存在，不僅可以降低對(duì)前饋補(bǔ)償器精度的要求，為前饋補(bǔ)償器的工程實(shí)現(xiàn)提供有利的理論依據(jù)；同時(shí)，對(duì)于工況變動(dòng)時(shí)所引起對(duì)象非線性特性參數(shù)的變化也具有一定的自適應(yīng)能力。（2） 在前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)前饋?zhàn)饔玫耐耆a(bǔ)償，根據(jù)不變性原理知 ()這與在單純前饋的開環(huán)控制下所得動(dòng)態(tài)前饋模型的形式完全相同。 所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況，系統(tǒng)輸出 （） ()在完全補(bǔ)償條件下，前饋模型即為 ()可見，此時(shí)前饋控制器的特性，不但取決于過(guò)程擾動(dòng)通道及控制通道特性，還與反饋控制器的控制規(guī)律有關(guān)。 利用Matlab仿真軟件調(diào)節(jié)控制器參數(shù)當(dāng)無(wú)前饋的時(shí)候，得到如下圖 無(wú)前饋時(shí)副回路進(jìn)水流量的曲線圖（計(jì)算所得） 當(dāng)前饋補(bǔ)償放大系數(shù)為5的時(shí)候，為過(guò)補(bǔ)償，如下圖 前饋系數(shù)為5時(shí)副回路進(jìn)水流量的曲線圖（過(guò)補(bǔ)償），得到 （欠補(bǔ)償）8. 結(jié)論 到這里，所有建模過(guò)程及系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分已經(jīng)結(jié)束。 縱觀全過(guò)程，我們首先熟悉了整個(gè)水箱控制系統(tǒng)的建模過(guò)程。掌握了基本的建模方法。接著，我們運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)湊試法整定PID參數(shù)，從而得到較好的控制效果。 本設(shè)計(jì)是單回路，串級(jí)和前饋水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目的是要對(duì)水箱液位有良好的控制。采用PID算法控制，可以極大地消除控制系統(tǒng)工作過(guò)程中的各種擾動(dòng)，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下，滿足基本的控制要求。如果有一較大的擾動(dòng)，一般可以通過(guò)設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)來(lái)解決。但是兩種方法有不同的適用條件。可測(cè)不可控干擾無(wú)法設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)抑制干擾。但是可測(cè)可控的因素可以通過(guò)設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，快速抑制擾動(dòng)。例如旁路閥流量是可測(cè)的變量，并且可以通過(guò)控制調(diào)節(jié)變頻器，使副回路水泵的轉(zhuǎn)速改變，從而調(diào)節(jié)進(jìn)水流量。所以就可以設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)一直擾動(dòng)。使系統(tǒng)較快回復(fù)穩(wěn)定。而在比較當(dāng)中，串級(jí)系統(tǒng)輸出曲線第一峰值出現(xiàn)時(shí)間明顯比單回路系統(tǒng)更早，縮短了上升時(shí)間，減小了對(duì)象時(shí)間常數(shù)，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)。串級(jí)系統(tǒng)輸出曲線的調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，使系統(tǒng)更早進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)振蕩幅度明顯得到改善，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而前饋控制又能提前給一階躍信號(hào)，從而迅速地抵消擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)和單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出曲線對(duì)比可知，串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副控制回路，使控制系統(tǒng)的的抗干擾性能、動(dòng)態(tài)性能、工作頻率及自適應(yīng)能力都得到明顯改善。對(duì)比前饋控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)可以得出，由于 前饋系統(tǒng)增加了反饋環(huán)節(jié)，從而能使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度，以及抗干擾能力得到更加優(yōu)良的改善。9. 收獲、體會(huì)和建議通過(guò)這段時(shí)間我們的努力嘗試，過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。我們是以小組為單位來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，我想這其中的酸甜苦辣只有親自經(jīng)歷過(guò)，才能深刻體會(huì)到。這不是一個(gè)人的辛苦成果，使我們大家共同努力所得。我自己也從這次課程設(shè)計(jì)中收獲頗豐。我們?cè)谙惹耙呀?jīng)進(jìn)行了過(guò)程控制課程的學(xué)習(xí)，讓我們對(duì)各種控制系統(tǒng)以及生產(chǎn)控制過(guò)程中所運(yùn)用的一些理論知識(shí)有了初步的了解。但是很難把這些知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。課程設(shè)計(jì)讓我有了這次機(jī)會(huì)，我們通過(guò)在一流實(shí)驗(yàn)室里，利用水箱系統(tǒng)，探究了書本中所學(xué)的一些理論知識(shí)。包括串級(jí)控制系統(tǒng)與前饋——反饋控制系統(tǒng)等。也讓我們對(duì)PID參數(shù)的整定有了詳細(xì)的了解。剛開始建模時(shí)，難免遇到了許多困難，但是經(jīng)過(guò)組內(nèi)成員的熱烈討論后，我們慢慢走上了正軌。很多東西也變得輕車熟路起來(lái)。我想這也是我這次課程設(shè)計(jì)的另外一大收獲吧。讓我更加深刻的體會(huì)到與人溝通的藝術(shù)以及團(tuán)隊(duì)合作的重要性。還有一點(diǎn)就是，由于實(shí)物系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)一些控制系統(tǒng)的控制效果，故我們是用仿真的辦法來(lái)完成的。這也讓我對(duì)MATLAB的應(yīng)用有了很好的認(rèn)識(shí)。為我以后的學(xué)習(xí)及工作奠定了很好的基礎(chǔ)。最后，非常感謝多位老師的悉心教導(dǎo)，由其是王姝老師，每天都與我們進(jìn)行溝通，了解每一組的設(shè)計(jì)進(jìn)度。并且在我們遇到討論無(wú)果的時(shí)候，及時(shí)的給與我們幫助。謝謝學(xué)校能讓我們擁有這次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，使我們能夠理論與實(shí)際相結(jié)合，為我們的學(xué)習(xí)樹立了新的里程碑。
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