【正文】 楊老師平日里工作繁多，但在我做比值控制系統(tǒng)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，使我在作這篇比值控制系統(tǒng)設(shè)計時有了比較豐富的知識底蘊，為論文的順利完成奠定了堅實的基礎(chǔ)；您的言傳身教讓我受益終生。 為期數(shù)周的比值控制系統(tǒng)設(shè)計使我獲益頗多，我得到了很多老師和同學的幫助。通過這次設(shè)計，我對本專業(yè)知識有了進一步的掌握，對我們大學三年多所學的知識進行了綜合應(yīng)用。在做計算機課程設(shè)計時，每天改進所做的比值控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，每天都學點新知識，每天鞏固舊知識，是我大學生活最快樂的時光。最終我在參數(shù)整定上完成的并不是很滿意，調(diào)試過程很漫長，但從中學到了很多知識。在設(shè)計過程中遇到很多問題，比如在WINCC建立新連接時應(yīng)該設(shè)置CPU卡槽號為2，支架號設(shè)置為0。通過學習SIEMENS 300 PLC，應(yīng)用STEP 7完成硬件組態(tài)和軟件編輯，在程序中運用了PID模塊進行編程。6 結(jié)論最終發(fā)現(xiàn)，當K為60，TI為110，TD為40時，流量比值控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的速度較快，曲線較好，無靜差。　　設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù) K=60 TI =110 TD=40，副設(shè)定值為40. PID調(diào)節(jié)比例積分控制對于時間滯后的被控對象使用不夠理想?！　》e分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時的缺點。積分控制器的輸出與輸入偏差對時間的積分成正比。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，快速達到穩(wěn)定值，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 衰減曲線法整定計算公式調(diào)節(jié)器名稱調(diào)節(jié)參數(shù)δ(%)TI (S)TD (S)Pδk——PI—PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定及調(diào)試本次設(shè)計變頻器流量作為被控對象，調(diào)試之前先將儲水箱中貯足水量，接通控制系統(tǒng)電源，打開用作上位監(jiān)控的的PC機，進入的組態(tài)主界面。擺動一次所需要時間即為Ts。對于擾動頻繁，過程進行較快的控制系統(tǒng)，要準確地確定系統(tǒng)響應(yīng)的衰減程度比較困難，往往只能根據(jù)控制器輸出擺動次數(shù)加以判斷。如此反復(fù)，:1衰減震蕩過程。對于4:1衰減曲線法的具體步驟如下： 置控制器積分時間TI為最大值（TI=∞），微分時間TD為零（TD=0），比例帶δ為較大值，并將系統(tǒng)投入運行； 待系統(tǒng)穩(wěn)定后讓設(shè)定值作階躍變化，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。對于這些系統(tǒng) 是無法用穩(wěn)定邊界法來進行參數(shù)整定的。穩(wěn)定邊界法適用于許多實際控制系統(tǒng)。 為此，上述求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)，需要針對具體系統(tǒng)在實際運行過 程中作在線校正。實踐證明，對于無自平衡特性的對象，用穩(wěn)定邊界法求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)往往使系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率偏大(ψ)。注意，在采用這種方法時，控制系統(tǒng)應(yīng)工作在線性區(qū)，否則得到的持續(xù)振蕩曲線可能是極限環(huán)，不能依據(jù)此時的數(shù)據(jù)來計算整定參數(shù)。記錄下次是的比例帶（臨界比例帶），并計算兩個波峰間的時間????（臨界振蕩周期）。其整定計算公式如下表 穩(wěn)定邊界法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱調(diào)節(jié)參數(shù)δ(%)TI (S)TD (S)P2δk——PITS/—PID1. 置控制器積分時間TI到最大值（TI=∞），微分時間TD為零（TD=0），比例帶δ置較大值，使控制器系統(tǒng)投入運行。系統(tǒng)參數(shù)δ(%)TI (min)TD (min)溫度20～603～10～3流量40～100～1—壓力30～70～3—液位20～80—— 穩(wěn)定邊界法穩(wěn)定邊界法是一種閉環(huán)的整定方法。工程實驗整定法有以下幾種：經(jīng)驗法在現(xiàn)場控制系統(tǒng)整定過程中，經(jīng)驗豐富的運行人員常常采用經(jīng)驗整定法，這種方法實質(zhì)上是一種經(jīng)驗試湊法，它不需要進行方法所要求的經(jīng)驗和計算，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運行，然后認為加入階躍擾動，觀察被控量或控制器輸出地階躍響應(yīng)曲線，并依照控制器各參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響，改變相應(yīng)的整定參數(shù)值。當然，如果系統(tǒng)只有一個可供整定的參數(shù)，就不必進行積分指標的計算了[9]。所以，只有在系統(tǒng)設(shè)計合理，儀表選擇得當和安裝正確條件下，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定才有意義。應(yīng)當指出，控制系統(tǒng)的整定是一個很重要的工作，但它只能在一定范圍內(nèi)起作用，決不能誤認為調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是“萬能”的。系統(tǒng)整定的實質(zhì)，就是通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的這些參數(shù)使其特性與被控對象特性相匹配，以達到最佳的控制效果。當系統(tǒng)安裝好以后，系統(tǒng)能否在最佳狀態(tài)下工作，主要取決于調(diào)節(jié)器各參數(shù)的設(shè)置是否得當。可見微分作用要在調(diào)節(jié)過程的初期，和積分作用恰好相反。從這一點上與比例作用相比，調(diào)節(jié)及時且作用強。由初值定理有： （518）由終值定理知： （519），微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。[3]式（416）是理論上的微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達式，因為在偏差階躍變化時的瞬間，控制作用將為無窮大量，這是任何物理元件都不可能實現(xiàn)的。因此對象在受到較小的擾動后，被調(diào)量變化量及變化速度都將很小，微分作用調(diào)節(jié)器同時由于自身動作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動作,這樣，經(jīng)過一段時間后，偏差將積累成一個較大的值。被調(diào)量的變化速度往往反映了對象流入量與流出量之間的不平衡狀態(tài)，因此對慣性較大的對象，在調(diào)節(jié)器中加入微分調(diào)節(jié)作用實現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，無疑將大大改善調(diào)節(jié)過程。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 （515）式中Td微分時間。由此可見，比例積分調(diào)節(jié)作用具有比例作用及時和積分作用消除偏差的優(yōu)點，從而克服了單純比例作用時不能消除偏差的缺點和單純積分作用控制不及時的缺點。[3]不過在現(xiàn)實中，積分調(diào)節(jié)規(guī)律很少單獨使用，它總是與比例調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合成為比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，以發(fā)揚各自的特長，彌補對方的不足。這表明系統(tǒng)達到再次穩(wěn)定狀態(tài)時，被調(diào)量的偏差必然為零。由下式可知： （512）上式表明，控制作用在積分時間TI越小時越強。從這一點看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時的。積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如圖42所示。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無差，因此對于一些要求較高的控制（定值調(diào)節(jié)）還需引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點。因為采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，其輸出的控制作用大小與偏差大小成比例關(guān)系，一定大小的控制作用是抵消擾動的影響、使系統(tǒng)重新穩(wěn)定下來的保證。從這一點看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點之一就是調(diào)節(jié)及時、迅速。由圖可以看出，在t時刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；t時刻偏差信號e(t)發(fā)生階躍變化，對于定值控制系統(tǒng)，即被調(diào)量產(chǎn)生階躍變化，調(diào)節(jié)輸出控制作用u(t)將成比例的變化，而且?guī)缀跏峭瑫r產(chǎn)生的。如=20%，則表明調(diào)節(jié)器輸出變化100%時，需要其輸入信號變化20%。 比例控制對控制性能的影響所謂比例調(diào)節(jié)規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u(t)與其偏差輸入信號e(t)之間成比例關(guān)系， （57）其中，比例增益。它的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1++TDs)＝(1++TDs) () ，采用不同控制規(guī)律時具有相同衰減率的響應(yīng)過程。[6]比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器PID是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為： GC(s)=KP(1+)＝(1+) () 式中TI為積分時間。其傳遞函數(shù)為： GC(s)= KP = () 式中KP為比例系數(shù)，δ為比例帶。由于比例調(diào)節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。 控制規(guī)律的選擇PID控制規(guī)律及其對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中介紹，在此將有關(guān)結(jié)論再簡單歸納一下。如果取其中的一項或兩項，可以組成P、PI、或PD調(diào)節(jié)器。 PID控制器的數(shù)字化PID控制器的傳遞函數(shù)為： （）模擬量PID控制器的輸出表達式為： （）式中：控制器的輸入量（誤差信號）；sp(t) —— 設(shè)定值；pv(t) —— 過程變量（反饋值）；mv(t) —— 控制器的輸出信號；Kp —— 比例系數(shù)；TI —— 積分時間常數(shù)TD —— 微分時間常數(shù)；M —— 積分部分的初始值。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法結(jié)合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)PID控制器的結(jié)構(gòu)典型，程序設(shè)計簡單，計算工作量較小，各參數(shù)有明確的物理意義，參數(shù)調(diào)整方便，容易實現(xiàn)多回路控制、串級控制等復(fù)雜的控制。對于許多工業(yè)控制對象，根本就無法建立較為準確的數(shù)學模型，因此自動控制理論中的設(shè)計方法很難用于大多數(shù)控制系統(tǒng)。這是因為PID控制具有以下的優(yōu)點：不需要被控對象的數(shù)學模型自動控制理論中的分析和設(shè)計方法主要是建立在被控對象的線性定常數(shù)學模型的基礎(chǔ)上的。工業(yè)上實際采用的PID調(diào)節(jié)器（如DDZ型調(diào)節(jié)器），其傳遞函數(shù)為 （）式中：；；；F —— 相互干擾系數(shù)； KI—— 積分增益；其中，帶*的量—— 調(diào)節(jié)器參數(shù)的實際值；不帶*者—— 參數(shù)的刻度值。5 系統(tǒng)的整定及調(diào)試 PID控制器本設(shè)計采用PID控制算法，PID調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是 （）或 （）式中：δ —— 比例帶； TI —— 積分時間； TD—— 微分時間。（6）選擇SIEMENS\WINCC\TOOLs中的WINCC Channel Diagnosis，點擊運行，出現(xiàn)如下圖所示窗口： WINCC通訊監(jiān)測這表明WINCC 已經(jīng)跟PLC通訊上了。（5）運行WINCC 目錄下的已建立組態(tài)界面。 CP5611（MPI） 硬件診斷（4）將PLC置為run狀態(tài)，SF燈沒有紅燈，電磁閥自動開啟。（2）進入STEP 7軟件界面，點擊options中的Set PG/PC Interface，選擇CP5611(MPI)active，然后選擇Diagnostics進行測試，出現(xiàn)OK，在進行下載。歷史曲線也是這樣的效果。歷史曲線的屬性同樣如此設(shè)置。然后再添加曲線，命名為“變頻器支路流量測量值”，在線變量選擇為pv2，顏色為藍色；然后再添加曲線，命名為“變頻器支路流量給定值”，在線變量選擇為sp1，顏色為紅色。在WINCC在線趨勢控件的屬性中進行編輯，在數(shù)據(jù)源中選擇在線變量，選擇公共X軸和公共Y軸以及可調(diào)整大小。如圖所示： 實時曲線C動作腳本程序設(shè)置歷史曲線按鈕設(shè)置相同，只需要將“ssqx”改為“l(fā)sqx”。這條語句的意思是當點擊鼠標左鍵時，“ssqx”置為0。點擊確定。在編輯動作中中插入下列腳本程序：SetTagBit(ssqx,1)。由于檢測量為電動閥支路流量PIW272，變頻器支路流量PIW274，為外圍設(shè)備，故此本設(shè)計的兩個PID，PVPER_ON應(yīng)為1狀態(tài)。由于本設(shè)計要求，電動閥的PID “Main_on”保持默認值1。 單擊“開啟”后，由于管道的動畫效果設(shè)置，管道會閃爍。 //ReturnType: BOOL SetTagBit(pvper_on_1,1)。添加腳本程序如下：SetTagBit(kaiqi,1)。用同樣的方法設(shè)定Kp、Ti、Td的輸入輸出域，在輸出值中選擇變量p、i、d，、。同樣方法設(shè)置變頻器支路測量值pv2,。 //ReturnType: BOOL以此類推，Td微分開關(guān)的開啟和關(guān)閉按鈕都要這么設(shè)置。 //ReturnType: BOOL 同樣在鼠標右擊，設(shè)置C動作。2 PID開關(guān)編輯在對象選項板中選擇窗口對象，選擇按鈕，然后命名為“積分開關(guān)”，點擊事件中的鼠標屬性，在右面的單擊左鍵，設(shè)置C動作。Black color和Back color選擇淺藍色。：1設(shè)置管道動態(tài)效果選擇所有的水管，在屬性中選擇控件屬性，在BlinkMode中靜態(tài)選擇No Flash，右擊動態(tài)中的動態(tài)對話框，在表達式/公式中選擇變量“man_on”，在數(shù)據(jù)類型中選擇布爾型。 內(nèi)部變量名稱說明參數(shù)類型lsqx歷史曲線二進制變量ssqx實時曲線二進制變量kaiqi開啟按鈕二進制變量 創(chuàng)建過程畫面 在圖形編輯器中組態(tài)畫面如圖所示。ssqx是用來控制實時曲線顯示和隱藏的，llqx是用來控制歷史曲線顯示和隱藏的，kaiqi是開始按鈕控制的水管閃爍的。如下圖所示： WINCC連接參數(shù)設(shè)置 建立外部變量以變量d為例右擊新建變量命名為“d”，然后選擇類型為浮點數(shù)32位變量，數(shù)據(jù)選擇為DB，