【正文】 第四章 多容液位控制系統(tǒng)的仿真 被控對(duì)象的仿真模型單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、即使成熟、操作維護(hù)也比較方便，在生產(chǎn)過(guò)程控制中得到廣泛應(yīng)用。為了設(shè)計(jì)好一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，并使控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)均達(dá)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(lèi)型和控制器的參數(shù)等。串級(jí)控制系統(tǒng)必須合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能使串級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性得到充分的發(fā)揮。串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括主、副回路選擇，主、副控制器控制規(guī)律設(shè)計(jì)和主、副控制器的正、反作用方式的確定等。串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力。為此，再設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)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(yīng)大些，會(huì)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(duì)系統(tǒng)的影響降到最低。【12】在雙容控制系統(tǒng)中，主被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為，副被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為，控制器采用PI控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。控制器參數(shù)整定到最佳值時(shí)，得出單回路控制系統(tǒng)在一階擾動(dòng)、二階擾動(dòng)和一階、二階擾動(dòng)同時(shí)作用情況下的仿真波形圖，串級(jí)控制系統(tǒng)在一階擾動(dòng)、二階擾動(dòng)和一階、二階擾動(dòng)同時(shí)作用情況下的仿真波形圖。通過(guò)分析和比較單回路和串級(jí)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(jí)液位控制系統(tǒng)的差異，具體仿真過(guò)程如下所述。 單回路控制系統(tǒng)的仿真。 (a)(b) 單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線(a)仿真框圖 (b) 單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線對(duì)于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，突加幅值為設(shè)定值40%的二次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約730s。(a)(b)(c) 單回路系統(tǒng)二次干擾作用下的仿真框圖(a)仿真框圖 (b)擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c)設(shè)定值和擾動(dòng)信號(hào)同時(shí)作用下的輸出曲線同樣對(duì)于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，圖加幅值為設(shè)定值40%的一次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為530s。(a)(b)(c)圖 (a)仿真框圖(b)擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c) 設(shè)定值和擾動(dòng)值同時(shí)作用下的輸出曲線同樣對(duì)于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，同時(shí)突加幅值為設(shè)定值40%的一次和二次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為530s。(a)(b)(c) 單回路系統(tǒng)一次和二次干擾作用下的響應(yīng)曲線(a)仿真框圖(b)擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c) 設(shè)定值和擾動(dòng)值同時(shí)作用下的輸出曲線 串級(jí)控制系統(tǒng)的仿真副控制器選擇P作用，主控制器選擇PID作用，整定串級(jí)控制器的參數(shù)為最佳值，同樣是40%的設(shè)定值設(shè)定值擾動(dòng)。 (a)(b) 串級(jí)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(a)串級(jí)控制系統(tǒng)的仿真框圖 (b) 串級(jí)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，圖加幅值為設(shè)定值40%的二次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為330s。(a)(b)(c) 串級(jí)控制系統(tǒng)二次干擾作用下的響應(yīng)曲線(a)仿真框圖(b)擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c)設(shè)定值和擾動(dòng)同時(shí)作用下的輸出曲線對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，突加幅值為設(shè)定值40%的一次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為260s。(a) (b)(c) 串級(jí)控制系統(tǒng)一次干擾作用下的響應(yīng)曲線(a)仿真框圖(b)擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c)設(shè)定值和擾動(dòng)同時(shí)作用下的輸出曲線對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約900s后，突加幅值為設(shè)定值40%的一次和二次階躍擾動(dòng)信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為280s。(a)(b)(c) 串級(jí)控制系統(tǒng)一次和二次干擾同時(shí)作用下的響應(yīng)曲線(a) 仿真框圖(b) 擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線(c) 設(shè)定值和擾動(dòng)同時(shí)作用下的輸出曲線從上面的仿真曲線可以看出，串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)具有更好的控制效果。第五章 總結(jié)和展望經(jīng)過(guò)三個(gè)月的時(shí)間，我的論文終于完成了，回想起這三個(gè)月的艱辛，讓我覺(jué)得很值得。剛開(kāi)始拿到論文時(shí)間，我對(duì)題目還不是很明白，就想通過(guò)上網(wǎng)查資料，希望能找到一篇一模一樣的論文，可還是沒(méi)找到，就在這找資料的過(guò)程中，我明白了很多東西，我看了很多篇相關(guān)論文，從中知道了題目的意思，和論文寫(xiě)作思路。我做的是多容液位控制，是以串級(jí)的雙容液位控制過(guò)程來(lái)做的，在做論文的過(guò)程中用到了MATLAB的仿真，數(shù)學(xué)建模和PID控制，數(shù)學(xué)模型的建立和PID控制是本論文的基礎(chǔ)，如果沒(méi)有這兩個(gè)部分，我就沒(méi)辦法去做仿真。問(wèn)題出現(xiàn)最多的就是仿真過(guò)程，剛開(kāi)始仿真的時(shí)候，我以為建立模型然后就能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，沒(méi)想到我參數(shù)沒(méi)有調(diào)節(jié)好，以致我在仿真的這個(gè)地方用了很長(zhǎng)時(shí)間，最后還是在老師和同學(xué)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(lái)不是很容易，不過(guò)最后還是整理出來(lái)了，看著我自己做出來(lái)的論文，我覺(jué)得工作已經(jīng)完成了，便發(fā)給老師看初稿，結(jié)果說(shuō)我內(nèi)容作的太單調(diào)，仿真方法單一，于是我又開(kāi)始了修改的工作。單一是因?yàn)槲抑挥写?jí)控制，所以我又做了一個(gè)單回路控制過(guò)程，又來(lái)比較兩者的優(yōu)越，通過(guò)仿真結(jié)果得出的波形，來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，而不是通過(guò)單一的文字描述來(lái)說(shuō)理。然后又對(duì)用到過(guò)的軟件做了一些簡(jiǎn)介。經(jīng)過(guò)再三修改，論文終于完成了，也通過(guò)了老師的認(rèn)可，論文終于定稿了。論文寫(xiě)作的過(guò)程雖然很累，但努力終歸得到了收獲，自己覺(jué)得很自豪，回首走過(guò)的路，覺(jué)得現(xiàn)在心中平靜多了。研究展望本文對(duì)多容液位的研究只不過(guò)是基本雙容液位的基礎(chǔ)之上，所涉及的也不過(guò)是多容液位的基本，還有三容乃至更多的液位控制沒(méi)有涉及。在控制方面可以選擇更加好的PID控制以提高控制精度。致謝本文是在馮翼老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。馮翼老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)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(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于液位PID控制方面的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。 本論文的完成也離不開(kāi)其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助。再次感謝馮以老師在論文開(kāi)題、初稿、預(yù)答辯期間所提出的寶貴意見(jiàn)，感謝伍陽(yáng)同學(xué)對(duì)我仿真過(guò)程的幫助，感謝303宿舍全體同學(xué)對(duì)我的鼓勵(lì)和支持。還要感謝同門(mén)的師兄師妹們，在涉及過(guò)程中給我以許多建議和幫助?；叵胝麄€(gè)論文的寫(xiě)作過(guò)程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會(huì)了法學(xué)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(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們!參考文獻(xiàn)【1】 過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表[M],機(jī)械工業(yè)出版社,潘永湘 楊延西 趙躍 編著【2】過(guò)程控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M],機(jī)械工業(yè)出版社,劉文定 王東林 編著【3】過(guò)程控制與Simulink應(yīng)用[M],電子工業(yè)出版社,王正林 郭陽(yáng)寬 編著【4】MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南[M],西電出版社出版,陳懷琛編著【5】三容水箱的建模及基于TS模型的模糊PID控制[J]，控制理論與控制工程，趙科，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文【6】魯棒控制及其在三容系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]，張博，吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文【7】 三容水箱液位控制系統(tǒng)的研究[D]，蔡喜翠，哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文【8】 基于遺傳算法的系統(tǒng)建模與PID控制方法研究[D]，徐春梅，武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文【9】基于智能儀表的串聯(lián)雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，朱廣 吳君曉，河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)【10】基于動(dòng)態(tài)矩陣的液位控制系統(tǒng)，陳榮保，李勁松 【11】三容水箱液位控制系統(tǒng)，李偉，黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào)【12】彷人多模態(tài)雙容水箱控制系統(tǒng)研究[J]，王武 蔡子亮 張?jiān)?，許昌學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院【13】容器液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J],高紅 陳旭 王永鋒，化學(xué)工業(yè)與工程【14】雙容液位控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦控制[J]，羅雄麟 宋浩 許峰，化工自動(dòng)化及儀表 中國(guó)石油大學(xué)【15】階躍響應(yīng)模型在三容水箱中的預(yù)測(cè)控制[J]，杜志偉 陳輝 尹力