基于水箱液位控制系統(tǒng)的wincc與matlab的opc通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁
2025-06-27 20:17本頁面
【正文】 lab仿真模塊如下圖仿真模塊說明：中間部分如2.。介紹，即為搭建的PID模塊，其關(guān)鍵是利用switch模塊，當(dāng)?shù)诙返闹荡笥谀骋辉O(shè)定值時(shí)，接通第一通路，即去掉了積分作用。當(dāng)?shù)诙沸∮谠O(shè)定值時(shí)，接通第三通路從新引入積分作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：進(jìn)行了幾組實(shí)驗(yàn)，部分截圖如下可見動(dòng)態(tài)效果得到明顯改善，但是對(duì)于有些位置的控制很難保證，若過晚的引入積分作用，因?yàn)橹挥斜壤饔玫拇嬖?，使系統(tǒng)穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)誤差位置不再變化，或者比例作用過強(qiáng)而進(jìn)入振蕩狀態(tài)。而過早的引入積分作用，又會(huì)使飽和作用抑制的不夠完全，惡化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。平衡點(diǎn)的選取很難把握，所以最終放棄了這種算法。算法介紹：所謂積分反饋PID，就是對(duì)積分本身引入反饋，使PID的運(yùn)算過程能夠快速脫離飽和區(qū)甚至是不進(jìn)入飽和狀態(tài)。進(jìn)入飽和區(qū)越深，反饋?zhàn)饔迷矫黠@，形成一種彈性控制效果，保證系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力。而在非飽和區(qū)運(yùn)行時(shí)，積分反饋效果為0，即為一般PID控制。搭建的matlab仿真模塊如下圖仿真模塊說明：積分的反饋量來自于限幅模塊（將PID運(yùn)算結(jié)果歸到0—100之間，小于0時(shí)輸出0，大于100時(shí)輸出100）的兩端，將他們的差值進(jìn)行一定的增益后反饋給積分環(huán)節(jié)，從而達(dá)到抗積分飽和的效果。在文獻(xiàn)中，積分反饋的增益稱為Tt，即為四個(gè)參數(shù)的PID控制。同時(shí)，在水位較低的區(qū)間，積分積累的時(shí)間較短（水位上升快），應(yīng)選用較小的積分反饋的增益Tt，避免過快的退出滿運(yùn)行狀態(tài)，使調(diào)節(jié)時(shí)間增大。而在水位較高的區(qū)間，積分積累的時(shí)間較長（水位上升慢），應(yīng)選用較大的積分反饋的增益Tt，避免積分退出飽和區(qū)過慢，產(chǎn)生大的超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間增長。根據(jù)這一思路，對(duì)上述的模塊進(jìn)行微小的改進(jìn)，重新搭建的模塊如下圖所示通過引入一個(gè)switch復(fù)合開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)要求，switch模塊是由第二通道作為選擇開關(guān)，當(dāng)滿足switch的內(nèi)部設(shè)置條件時(shí)，開關(guān)接通一通道；不滿足條件時(shí)開關(guān)則接通三通道。如圖所示。經(jīng)過在線調(diào)整之后，得出的效果較好的控制參數(shù)如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：進(jìn)行了幾組實(shí)驗(yàn)，部分截圖如下利用積分反饋的方法達(dá)到了相當(dāng)好的控制效果，動(dòng)態(tài)性能改善顯著。在上文中提到過，控制量的輸出為0—100，系統(tǒng)的有效輸出電壓為1—5V，理論上有效的控制范圍即為1—5V。但是電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)起來的臨界控制電壓并不是1V，并且不同的驅(qū)動(dòng)器又有著不同的控制效果，導(dǎo)致電機(jī)的臨界啟動(dòng)點(diǎn)各不相同。針對(duì)這個(gè)問題，如果可以找到驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的臨界點(diǎn)，并以此通過程序切除沒有作用的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)“死區(qū)（某種意義上類似于積分的飽和區(qū)）”，可以從硬件上優(yōu)化PID控制的效果，使系統(tǒng)控制更加靈敏。實(shí)驗(yàn)思路：利用step7編寫一個(gè)程序，使電機(jī)電壓從1V開始提升，電機(jī)臨界出水點(diǎn)時(shí)記錄相應(yīng)16進(jìn)制數(shù)據(jù)，最后換算為實(shí)際電壓。實(shí)驗(yàn)方法：編程將電壓上升時(shí)間分割為0—999個(gè)增加點(diǎn)，每60MS加1利用西門子提供的excel表格（已后臺(tái)編程）讀取wincc數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，再由matlab繪制出驅(qū)動(dòng)器特性曲線，進(jìn)而找到臨界運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，從而調(diào)整原程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性圖（1—5V上升）電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性圖（5—1V下降）通過實(shí)驗(yàn)中取得的電機(jī)臨界數(shù)據(jù)，可以得到大概的臨界啟動(dòng)值為012B。，整個(gè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖PID運(yùn)算值0100→FC106模塊區(qū)間限制0100→數(shù)字量027648→控制電壓15V為了達(dá)到切除死區(qū)的效果，改變FC106模塊的區(qū)間值即可實(shí)現(xiàn)，即將FC106的區(qū)間改為X到100。因?yàn)楦鱾€(gè)部分都是線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以根據(jù)已經(jīng)算出來的啟動(dòng)點(diǎn)，利用簡單的比例關(guān)系即可得到所需要調(diào)整的數(shù)值。具體過程如下：設(shè) X0100對(duì)應(yīng)08275(012B換算得到)27648根據(jù)線性對(duì)應(yīng)關(guān)系可以計(jì)算得到X=經(jīng)過這樣的修改，PID運(yùn)算值0—100傳送到FC106的時(shí)候就對(duì)應(yīng)到了827527648，使得可控有效區(qū)間達(dá)到最大化，切除無效死區(qū)。改進(jìn)后的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下最小值最大值PID00100FC106入0100FC106出0827527648控制電壓1V5V可見，，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。參數(shù)選擇：Kp=20，Ki=，Kd=，Tt=，Tt1=模塊截圖實(shí)驗(yàn)效果圖（使用了最終版本的wincc監(jiān)控界面，調(diào)節(jié)監(jiān)控一體化，稍加美觀修飾）水位初始值為20CM?？梢妱?dòng)態(tài)效果非常好，穩(wěn)態(tài)效果也不錯(cuò)。水位初始值為0CM（由實(shí)際硬件所限不能到達(dá)0CM,只能接近）水位初始值為20CM水位初始值為10CM水位初始值為
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