【正文】 精品資料 結(jié)論 經(jīng)過三個(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，讓我覺得很值得。 （ 9）在穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果系統(tǒng)輸出產(chǎn)生波動(dòng)現(xiàn)象，則適當(dāng)增加 Kd。 （ 5） Ki減小則超調(diào)下降；反之亦然。 同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出 PID控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律如下： （ 1） Kp增加則振蕩周期減??；反之亦然。 精品資料 （ a） （ b） （ c） （ 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 圖 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 精品資料 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。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為 300s。 KP= KI= 精品資料 （ a） （ b） （ a）仿真框圖 （ b）擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線 圖 單回路系統(tǒng)一次干擾作用下的仿真框圖 同樣對(duì)于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大約 900s，圖加幅值為設(shè)定值 40%的一次階躍擾動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖 ，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間 大約為 450s KP= KI= KD=5 精品資料 （ a） （ b） （ c） （ a）仿真框圖 （ b）擾動(dòng)信號(hào)單獨(dú)作用下的輸出曲線 （ c）給定信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)同時(shí)作用下的輸出曲線 圖 單回路控制系統(tǒng)一次干擾下的仿真框圖 精品資料 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)，系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖 所示，此時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大約為 530s?？刂破鲄?shù)得到最佳參數(shù)值 ( ? ， 1/120IT ? )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。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。因此通?？捎靡浑A慣性環(huán)節(jié)加純滯后來近似無(wú)相互影響的多容系統(tǒng)。 串級(jí)控制： 2 0( ) 5 8 0 1 . 2 8450hK R ?? ? ? ?輸 入 穩(wěn) 態(tài) 值階 躍 輸 入 值 1 2 121 2 2(1 . 7 4 0 . 5 5 ) 0 . 2 5()T T tT T t? ? ?? ??? 最后求出 K= ， T=25s 。由式中的 K、 T1和 T2須由實(shí)驗(yàn)求得的階躍響應(yīng)曲線上求出。他不再是簡(jiǎn)單的指數(shù)曲線，而是呈 S型的一條曲線 。這是由兩個(gè)一階非周期慣性環(huán) 節(jié)串聯(lián)起來。出水閥 4固定于某一開度值。 由階躍響應(yīng)確定一階過程參數(shù)有兩種方法，一種是直角坐標(biāo)圖解法， — 種是半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖解法。分析水箱的數(shù)學(xué)建模。 階躍響應(yīng)法 階躍響應(yīng)法建模是實(shí)際中常用的方法，其方法是獲取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。 對(duì)非線性模型，可以直接作為辨識(shí)結(jié)果，即直接用階躍響應(yīng)或脈沖響應(yīng)作為對(duì)象模型；有時(shí)還需要將圖形或數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù)或其他形式的參數(shù)模型。經(jīng)典辨識(shí)法包括時(shí)域法、頻域法和相關(guān)分析法。 測(cè)試法 測(cè)試法建模通常只用于建立輸入 /輸出模型。 機(jī)理法建模的主要步驟如下： （ 1）根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程； （ 2）消去中間變量，建立狀態(tài)變量、控制變量和輸出變量之間的關(guān)系； （ 3）在工作點(diǎn)附近對(duì)方程進(jìn)行增量化，建立增量化方程； （ 4）的在共作點(diǎn)處進(jìn)行線性化處理，簡(jiǎn)化過程特征； （ 5）列出狀態(tài)方程和輸出方程。 精品資料 4 雙容液位控制系統(tǒng)的建模 4. 1 過程建模的方法 從控制的角度來看，過程的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)方案和控制算法設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)之一，然而，在不少情況下必須同時(shí)掌握過程的動(dòng)態(tài)特性，需要把靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型結(jié)合起來。事實(shí)上，因其簡(jiǎn)單實(shí)用，在目前的許多企業(yè)中，傳統(tǒng)的 PID參數(shù)整定方法仍在大量應(yīng)用，尤其是在單回路系統(tǒng)中。該方法與臨界比例度法類似，在閉環(huán)系統(tǒng)中控制器只用比例作用，給定值作階躍擾動(dòng)，從較大的比例帶開始，逐漸減小，直至被控量出現(xiàn) 4:1 的衰減過程為止，記下此時(shí)比例帶以及相鄰波峰之間的時(shí)間。由于不易使系統(tǒng)發(fā)生 穩(wěn)定的臨界振蕩或不允許系統(tǒng)離線進(jìn)行參數(shù)整定，臨界參數(shù)的獲取通常用 Astrom和 Hagglund提出的繼電反饋法。此方法簡(jiǎn)單易行，但參數(shù)需要進(jìn)一步調(diào)整，一般用于手工計(jì)算和設(shè)置控制器初值。 (3)出于同樣的原因，決定了單一 PID控制器無(wú)法同時(shí)滿足對(duì)假定設(shè)定值控制和伺服 /跟蹤控制的不同性能要求 [5]。確切地說，在很多情況下其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)或參數(shù)振動(dòng)不敏感。 精品資料 串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用 用于克 服被控過程較大的容量滯后 在過程控制系統(tǒng)中，被控過程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)生產(chǎn)工藝的要求控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)，利用串級(jí)控制系統(tǒng)存在二次回路而改善過程動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量滯后對(duì)過程的影響，在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小的副回路，保證快速動(dòng)作的副回路。如果引入 I控制，會(huì)延長(zhǎng)控制過程，減弱副回路的快速控制作用；也沒有必要引入 D控制，因?yàn)楦被芈凡捎?P控制已經(jīng)起到了快速控制作用，引入 D控制會(huì)使調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作過大，不利于整個(gè)系統(tǒng)的控制。 （ 2）主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律的匹配與選擇 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器的作用是不同的。如果所有的擾動(dòng)都包括在副回路中，主調(diào)節(jié)器也就失去了控制作用。 （ 5）在需要以流量實(shí)現(xiàn)精確跟蹤時(shí)，可選流量為副被控量。 歸納如下 （ 1）在設(shè)計(jì)中要 將主要擾動(dòng)包括在副回路中。 圖 上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)框圖 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主回路的設(shè)計(jì) 串級(jí) 控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設(shè)計(jì)同單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，設(shè)計(jì)過程可以按照簡(jiǎn)單一控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。 采用串級(jí)可以大大提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。增加的儀表并不多，而控制效果卻得到了顯著的改善。串級(jí)控制系統(tǒng)、前饋補(bǔ)償控制、大時(shí)延預(yù)估控制等一類較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)就是適應(yīng)上述要求而產(chǎn)生的。因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，它可以與其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成 PD和 PI調(diào)節(jié)動(dòng)作 [2]。 由于被調(diào)量的變化速度 (包括大小和方向 )可以反映當(dāng)時(shí)或稍前一些時(shí)間流入、流出量間的不平衡情況，因此，如果調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)量的變化速度來移動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而不要等被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大的偏差后才開始動(dòng)作，那么調(diào)節(jié)的效果將會(huì)更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以某種預(yù)見性，這種調(diào)節(jié)動(dòng)作稱為微分調(diào)節(jié)。 精品資料 比例積分微分調(diào)節(jié) 微分作用上要是用于產(chǎn)生提前的控制作用，改善動(dòng)態(tài)特性，減小調(diào)整時(shí)間，使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。 PI調(diào)節(jié)引入積分動(dòng)作帶來消除系統(tǒng)殘差的同時(shí)，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。只有當(dāng)偏差 e為零時(shí)， I調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)保持不變。 δ 的臨界值可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。δ具有重要的物理意義。采樣偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生正比于偏差大小的控制作用，使被調(diào)量朝誤差減小方向變化，其作用大小通過比例增益度量，比例增益大時(shí)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小，但會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)或產(chǎn)生不穩(wěn)定，而 Kc 過小會(huì)使響應(yīng)速度緩慢。采用增量型算式計(jì)算 M(n)的優(yōu)點(diǎn)是：編程簡(jiǎn)單，歷史數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算速度快。 增量型算法 第 (n1)時(shí)刻控制量 M(n1),即 ? ?10( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 2 )n DI jTTM n K c e n e j e n e n M in it ia l????? ? ? ? ? ? ? ?????? （ ） 將式 ()減式 ()得 n時(shí)刻控制量的增量 ()Mn? 為 精品資料 ? ?( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2 )DITTM n K c e n e n e n e n e n e n M in iti a l??? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2 )IDKc e n e n K e n K e n e n e n M in itia l? ? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 其中 1cK ?? ICITKKT? DDCTKKT? KC：比例增益， KI：積分系數(shù)， KD：微分系數(shù) 式 ()中的 ?M(n)對(duì)應(yīng)于第 n時(shí)刻閥門位置的增量，故稱此式為增量型算式。 位置型算法 系統(tǒng)中 的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)動(dòng)作是連續(xù)的，任何輸出控制量 M 都對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)閥的位置。比例積分作用則需要稍長(zhǎng)時(shí)間。如果取其中的一項(xiàng)或這兩項(xiàng)，可以組成 P、 PD、或 PI控制器。這是一個(gè)典型的單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它由 PID控制器和被控對(duì)象組成。反饋理論及其在自動(dòng)控制中應(yīng)用的關(guān)鍵是：做出正確測(cè)量與比較后，如何用于系統(tǒng)的糾正與調(diào)節(jié)。 ，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 [1]。 Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 構(gòu)架在 Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 當(dāng)前流行的 工具包 (Toolbox)。 MATLAB是演算紙式的科學(xué)過程計(jì)算語(yǔ)言，使用 MATLAB編程運(yùn)算與人的科學(xué)思路和表達(dá)方式相吻合，猶如在演算紙上運(yùn)算并求運(yùn)算結(jié)果，使用十分方便。 MATLAB程序書寫形式利用豐富的庫(kù)函數(shù)避開了復(fù)雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。 控制系統(tǒng)的 MATLAB計(jì)算與仿真 MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室 (Matrix laboratory)之意。 （ 2）建立控制系統(tǒng)的仿真模型 根據(jù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真的模型。 精品資料 2 MATLAB仿真概述 過程控制系統(tǒng)的 MATLAB計(jì)算與仿真 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真是一門涉及控制理論、計(jì)算數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性學(xué)科，它的產(chǎn)生及發(fā)展差不多是 與計(jì)算機(jī)的發(fā)明和發(fā)展同步進(jìn)行的。 本次設(shè)計(jì)的主要工作 （ 1）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 推 出單容、雙容水箱的數(shù)學(xué)模型。 自從 Ziegler 和 Nichols 提出參數(shù)整定方法起，有許多技術(shù)已經(jīng)被用于 PID控制器的手動(dòng)和自動(dòng)整定。 PID 控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有 70 多年歷史，它的算法簡(jiǎn)單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)， PID控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID控制的應(yīng)用與發(fā)展 在過去的幾十年里，控制器在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。 PID控制是以對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的一種控制方式。有時(shí)對(duì)該多變量系統(tǒng)進(jìn)行解耦獲得滿意的控制效果。用經(jīng)典控制方法和常規(guī)儀表控制這類過程時(shí)，常因系統(tǒng)的多輸入多輸出關(guān)系以及系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)系而使系統(tǒng)構(gòu)成十分復(fù)雜，會(huì)明顯地降低控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，在耦合嚴(yán)重的情況時(shí)會(huì)使各個(gè)系統(tǒng)均無(wú)法投入運(yùn)精品資料 行。然而，當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究成果與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)水平并不是同步的，通常情況下實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的算法要比理論方面的研究滯后幾年，甚至有的時(shí)候這種滯后相差幾十年。 對(duì)于過程控制系統(tǒng)裝置，雙級(jí)水箱液位控制比單級(jí)水箱液位控制困難，會(huì)遇到許多的問題，滯后時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)于環(huán)境的變化多少會(huì)受一定的影響，如想要好的控制效果就要引入新的控制系統(tǒng)，運(yùn)用單回路控制系統(tǒng)來控制是不能達(dá)到控制精度和要求。 choose the appropriate control system PID algorithm. MATLAB/Simulink establishes level cascade control system, the regulator using fuzzy PID control system. Through the parative simulation single loop level control system and a cascade control system control differences, and parameter setting and various parameters control performance parison, application gets PID control al