【正文】 所以說，這次課程設計也是對以前所學知識的一個初審吧！對于我以后學習也真是受益菲淺。通過這次水箱液位控制系統(tǒng)的設計，我在多方面都有所提高。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。帶入前面求得的數(shù)學模型后，即可得到副回路流量的前饋控制器傳遞函數(shù) （）?采用簡化模型代替前饋控制器，利用Matlab仿真軟件調(diào)節(jié)前饋控制器參數(shù)，使得副回路進水流量發(fā)生劇烈變化時，控制系統(tǒng)達到滿意的控制質(zhì)量。而單回路控制系統(tǒng)必須在被控量出現(xiàn)偏差之后，控制器才對操縱量進行調(diào)節(jié)以克服干擾的影響，控制作用不及時，理論上不可能使被控量始終保持在設定值。前饋控制系統(tǒng)檢測的信號是干擾，按干擾的大小和方向產(chǎn)生相應的控制作用。若選用前饋—反饋復合控制系統(tǒng)，前提是擾動參量是可量測和可控制的。圖623 較大幅值的階躍擾動r=1時?打開副回路進水閥（較大幅值的階躍擾動），記錄與其對應的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標）；并和（1）中?的控制質(zhì)量進行對比，分析并說明控制質(zhì)量變化的原因。由圖可以看出d=10或1,區(qū)別不大，這兒選d=10.要求：寫出調(diào)試控制器參數(shù)的具體步驟。由上圖知，選i=。參數(shù)i的調(diào)節(jié)。參數(shù)p的調(diào)節(jié)： 圖612 K=10 圖613 K=16達穩(wěn)定時間太長，不合理。 超調(diào)量太大，不合理。由圖知應該選k=500合理。圖61 水箱（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)原理圖圖62 水箱（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)原理方框圖圖63 水箱（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)仿真圖?采用經(jīng)驗湊試法調(diào)節(jié)主、副控制器參數(shù)，使控制系統(tǒng)達到滿意的控制質(zhì)量。利用串級控制系統(tǒng)存在二次回路的特點改善過程動態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率。思考：?在這種情況下，和(2)中單回路控制系統(tǒng)控制質(zhì)量有什么變化？為什么會有這樣的變化？雙容水箱比單容水箱容量滯后大。?控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，打開旁路干擾閥（3種開度模擬3種不同幅值的階躍擾動），記錄與其對應的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。 達到穩(wěn)定時間太長，不可取。從上面的圖可以看出，選k=。 在總體來說，還是可取的。說明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能。 而副回路進水是可測不可控的量，所以只能設計前饋控制系統(tǒng)來抑制擾動對控制質(zhì)量的影響。但是可測可控的因素可以通過設計串級控制系統(tǒng)，快速抑制擾動。 干擾頻繁劇烈變化的解決辦法 思考：?旁路流量的頻繁，劇烈變化對控制質(zhì)量有著嚴重的影響，有什么方法可以較好的抑制這個擾動對控制質(zhì)量的影響。為了進一步檢驗系統(tǒng)的抗干擾能力，我們選擇打開副回路進水閥，模擬系統(tǒng)擾動因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，不同開度可以模擬不同幅值的階躍擾動。圖49 旁路階躍擾動如圖9所示，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，打開一個較小開度的旁路閥，通過PID控制器的調(diào)節(jié)，能很快抑制干擾。 旁路階躍干擾響應曲線通過PID控制器參數(shù)的整定，可以使輸出穩(wěn)態(tài)值達到設定值，且響應速度比較快，控制效果好。而實際上單容水箱滯后不明顯，可以不加微分。令，:1。當時達到穩(wěn)定的時間短，超調(diào)也很小，所以認為此時比例系數(shù)比較合理。它能較快地克服擾動的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但存在余差。此時的控制器參數(shù)就是所謂的最佳整定參數(shù)。上水箱液位控制過程之前已經(jīng)建立過模型，其傳遞函數(shù)為： ()系統(tǒng)由于擾動作用使被控量偏離了給定值，即產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差大小并按某種控制算法發(fā)出控制信號送往調(diào)節(jié)閥，以改變閥門開度，即改變控制變量，從而克服擾動對被控量的影響，使測量值接近設定值。計算，可采用下式所示的二階環(huán)節(jié)近似，即： ()此時，時間常數(shù)為： () 綜上所述可知雙容水箱串級下水箱液位與進水流量模型為 () 在做這個實驗的時候，上水箱測量值的曲線產(chǎn)生毛線，我們及時檢查，發(fā)現(xiàn)可能是因為線路松動造成的，重新接線后，就解決了問題。上水箱液位和進水流量液位之間的模型為： ()但是上水箱液位時間常數(shù)遠遠大于進水流量的時間常數(shù)，即，所以模型可以近似為一階慣性模型： () 電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值h(0)=，副管道進水流量近似為階躍響應，計算其幅值時可以把變頻器輸出最大值和最小值換算成100%的階躍 ()重新達到穩(wěn)態(tài)值h()=?？梢杂嬎愠觯? ()同時可以計算出T0時刻電磁流量值： ()可以對應查找h1(%)的值如下表所示：表2 上水箱液位T1時刻表上水箱液位h0(0%)h1(%)時刻04:04:1304:06:53由此可以計算出T0的值： ()綜上所述，得出進水流量與主管道流量之間的數(shù)學模型為： () 副回路流量與上水箱液位數(shù)學模型關閉主管道回路控制系統(tǒng)，利用副管道將系統(tǒng)工作模式切換至手動方式，控制上水箱液位。確定靜態(tài)放大系數(shù)：利用所測取的階躍響應曲線估計并繪出被控量的最大穩(wěn)態(tài)值，如圖35所示，放大系數(shù)為： （）確定時間常數(shù)：因為，所以響應曲線所對應的時間就是時間常數(shù)，同理響應曲線所對應的時間是2倍時間常數(shù)，即。 突然改變閥的開度，模擬給定階躍變化，觀察上主管道流量變化情況。本設計以進料流量作為輸入變量。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。 3 實驗系統(tǒng)熟悉及過程建模 描述實驗系統(tǒng)的總體結構（結構圖及語言描述）。?畫出此前饋串級復合控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細說明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對應的物理意義；說明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制