【正文】 K 仿真模塊可以由一下三步驟來完成。第一步，先設(shè)計一個 PID 模型的 SIMULINK 仿真模塊，如圖 所示。圖 的 SIMULINK 仿真模塊其中 Step 為階躍輸入信號，橢圓為相加器，接著為 PID 的比例、積分、微分三個模塊，比例直接由比例系數(shù)模塊代替，而積分（integral）和微分（derivative）模塊分別串級一個積分、微分系數(shù)，最后由一個三進(jìn)一出的 SUM 相加器輸出。組成一個完整的 PID 模型的 SIMULINK 仿真模塊。第二步，設(shè)計副回路 PID 的傳感器輸出顯示 SIMULINK 仿真模塊。如圖 所示。圖 副回路的 SIMULINK 仿真模塊這部分主要由 Scope、Saturation（非線性的飽和器） 、Transer F、 Clock（為仿真時間控制器） 、 ScopeTo Workpace 組成，構(gòu)建成控制系統(tǒng)的操作界面，它主要通過 Transer F 對副回路的信號的采集。Scope1 作用把采集的信號及時反饋回 To Workpace。第三步，主要設(shè)計將主副回路的返回的信號進(jìn)行偏差運(yùn)算的仿真模塊。如圖 所示。圖 主副回路偏差運(yùn)算的仿真模塊這部分主要由 ScopeTranser FClock、 To Workpack 組成。它主要將通過傳感器將輸出 的信號，然后進(jìn)行對比得出偏差，跟系統(tǒng)設(shè)定值比較，達(dá)到液位自動調(diào)整。最后，把三部分組合起來就成為一個基于 MATLAB 的串級 PID 液位系統(tǒng)仿真模型。如圖 所示。圖 串級 PID 液位系統(tǒng)仿真模型6. 仿真結(jié)果的運(yùn)行、觀察和調(diào)試從 c:\MATLABR11\work\pro 下調(diào)用 pidc*m 程序，開始對液位系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真，利用經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整，得到相應(yīng)的 PID 參數(shù)分別為Kp=，Ki=，Kd=5，PID 控制的液位串級控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示。2 0 04 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 01 2 0 01 4 0 0 1 6 0 01 8 0 02 0 0 0002 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0圖 控制的液位串級控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)被控制對象的傳遞函數(shù)將變化為 （3()??2）控制器的控制參數(shù)保持不變。PID 控制的液位串級控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖 中的曲線 2 所示。7. 從上述仿真過程可以看出，當(dāng)水箱的模型變化時，通過經(jīng)驗(yàn)法調(diào)試得出串級 PID 的各個參數(shù)，事實(shí)證明基于 MATLAB 的串級 PID 控制系統(tǒng)系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，所以能使液位值能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)、準(zhǔn)、快地穩(wěn)定在系統(tǒng)所給定的液位值上。并且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動時能在控制器的作用下迅速恢復(fù)到統(tǒng)系原來所要求的液位值。達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期效果。第四章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 參數(shù)的整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。本設(shè)計采用工程整定方法。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場整定、簡單易行。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：1. 待系統(tǒng)穩(wěn)定后，將調(diào)節(jié)器置于純比例 P 控制。逐步減小調(diào)節(jié)器的比例度δ，并且每當(dāng)減小一次比例度 δ，待被調(diào)量回復(fù)到平衡狀態(tài)后，再手動給系統(tǒng)施加一個 5%~15%的階躍擾動，觀察被調(diào)量變化的動態(tài)過程。若被調(diào)量為衰減的振蕩曲線，則應(yīng)繼續(xù)減小比例度 δ，直到輸出響應(yīng)曲線呈現(xiàn)等幅振蕩為止。如果響應(yīng)曲線出現(xiàn)發(fā)散振蕩，則表示比例度調(diào)節(jié)得過小，應(yīng)適當(dāng)增大，使之出現(xiàn)等幅振蕩。2. 當(dāng)被調(diào)量作等幅振蕩時，此時的比例度 δ 就是臨界比例度，用 δ k表示之，相應(yīng)的振蕩周期就是臨界周期 Tk。據(jù)此，按下表所列出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定 PID調(diào)節(jié)器的三個參數(shù) δ、Ti 和 Td 。表 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)表調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱δ k Ti(S) Td(S)P 2δ kPI k Tk/PID k Tk3. 必須指出，表格中給出的參數(shù)值是對調(diào)節(jié)器參數(shù)的一個初略設(shè)計，因?yàn)樗歉鶕?jù)大量實(shí)驗(yàn)而得出的結(jié)論。若要獲得更滿意的動態(tài)過程，則要在表格給出參數(shù)的基礎(chǔ)上，對 δ、Ti（或 Td）作適當(dāng)調(diào)整。 MATLAB 的調(diào)試過程MATLAB 的安裝調(diào)試一般從安裝空間要求、輸出途徑、調(diào)試三部分組成。 安裝 的空間要求硬件要求：Intel 486, Pentium, Pentium Pro or Pentium II 以上；內(nèi)存24M 以上；Windows 支持的顯卡。軟件要求：適用在 Windows95①Windows95/Windows98/ 系統(tǒng)下安裝。 MATLAB 輸出途徑 MATLAB 的控制途徑是用 PC 機(jī)操作 MATLAB 環(huán)境下 SIMULINK 仿真界面，然后通過 PC 機(jī)通訊接口 COM1 和現(xiàn)場液位系統(tǒng)的 RS232 接口來完成的。 程序的調(diào)試一般來說，應(yīng)用程序的錯誤有兩類，一類是語法錯誤，另一類是運(yùn)行是的錯誤語法錯誤包括詞法或文法的錯誤，例如函數(shù)名的拼寫錯誤、表達(dá)式書寫錯誤等。程序運(yùn)行時的錯誤是指程序的運(yùn)行結(jié)果有錯誤，這類錯誤也誤稱為程序的運(yùn)行結(jié)果有錯誤，這類錯誤也稱為程序邏輯錯誤。調(diào)試器的使用MATLAB 程序邏輯/調(diào)試器上與調(diào)試有關(guān)的主要菜單項及按鈕有：Continue:恢復(fù)持續(xù)運(yùn)行至結(jié)束或另一個斷點(diǎn)。Single Step:單步執(zhí)行函數(shù)。Setp In:深入下層局部工作區(qū)。Quit Debugging:退出調(diào)試狀態(tài)。Set/Clear Breakpoints:設(shè)置/清除光標(biāo)處的斷點(diǎn)。Clear All Breakpoints: 清除程序中的所有斷點(diǎn)。Stop If Error:運(yùn)行至出錯或結(jié)束。Stop If Warning: 運(yùn)行至警告消息或結(jié)束。Stop If NaN or Inf:運(yùn)行至計算結(jié)果出現(xiàn) NaN or Inf。調(diào)試過程1. 去掉文件中所選擇的行的分號，以便中間結(jié)果顯示在命令窗口中。2. 在文件中加入顯示感興趣的變量的語句（也包括使用 disp） 。3. 把 keyboard 命令放在文件中所選擇的地方，給鍵盤暫時控制權(quán)。這樣，可以查詢 函數(shù)空間并按照需要改變其值。4. 利用 echo 命令，使運(yùn)行時在屏幕上逐行顯示文件內(nèi)容：echo on 能顯示 M腳本文件；echo FunName on 能顯示 FunName 的 M 函數(shù)文件。5. 在 M 文件開始，在 Function 語句前加上%，將函數(shù) M 文件改變腳本 M 文件。當(dāng) MATLAB 工作空間。這樣，當(dāng)發(fā)生錯誤時可以詢問。第五章 總結(jié)與展望 本文是一個應(yīng)用型的研究設(shè)計，其目的是通過用 MATLAB 算法編制的串級 PID 去控制上下水箱的液位，使液位在有擾動的時候可以自我達(dá)到預(yù)定的高度，實(shí)現(xiàn)液位的自平衡。現(xiàn)在的液位控制系統(tǒng)有很多種，本設(shè)計采用基于 MATLAB 的串級 PID 控制主要是因?yàn)?，與傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)相比系統(tǒng)可靠實(shí)用，與其它現(xiàn)代的控制系統(tǒng)相比其結(jié)構(gòu)簡單，信價比較高。在做本設(shè)計時，也是在對我大學(xué)四年所學(xué)的知識的補(bǔ)充和溫習(xí)，畢業(yè)設(shè)計給了我更多的學(xué)習(xí)機(jī)會和方法，使我對所學(xué)的知識能更好地與實(shí)際生活相聯(lián)系，對我以后的工作更是起到了很好的作用。由于本人的研究能力和研究時間有限，設(shè)計中肯定存在不足之處，望老師們能見諒并幫忙改正，本人也會在以后的工作和生活中積累更多的經(jīng)驗(yàn)，使以后的設(shè)計能更完善、更合理。此外，我還要感謝在我撰寫設(shè)計過程中關(guān)心和幫助過我的同學(xué)和老師們，感謝他們給我提供的大量的資料和許多很好的意見。第六章 參考文獻(xiàn)[1] [J].機(jī)床與液壓 ,2022,14（2）：5760[2] 張進(jìn)秋,陳永力,[M].北京:[3] （第三版）[M].武漢:[4] 陸 錦 軍 .基 于 模 糊 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 水 泥 回 轉(zhuǎn) 窯 PID 復(fù) 合 溫 度 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 [J].自 動 化 儀 表 .2022,26(12):26~30[5] [M].北京:.[6] [M].重慶：[7] [J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2022,21:9192.[8] PLC 技術(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)建小型仿真集散控制系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2022,(3):8086.[9] PLC 應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[10] 秦文虎, PID , 21(1):17~18.[11] 北京亞控科技公司. 組態(tài)軟件使用指南[Z].北京:北京亞控科技公司,2022.[12] 王積偉,.[13] 方康玲，王新民，劉顏春，過程控制系統(tǒng)，武漢理工大學(xué)出版社，武漢，2022,p69~101.[14] 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