【正文】 為了消除二者之間由于。 (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作?，F(xiàn)在三菱公司又有 FX 系列 PLC，與其超小型品種 F1 系列相比：面積為 47%,體積為 36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá) 24～ 128點(diǎn)。并且由于 PLC 的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。并且，由于 PLC 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（ PLC 內(nèi)部 增加了解釋程序）。通過閱讀 PLC 的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。既可控制一臺(tái) 生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。因此，PLC 除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。 2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。它要求能承受幅值為 1000V，上升時(shí)間 1nS，脈沖寬度為 1μS 的干擾脈沖。 （ 5）對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備 ——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。 （ 3）設(shè)置警戒時(shí)鐘 WDT（看門狗） ——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了 WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。以便及時(shí)進(jìn)行處理。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 31 頁 軟件措施： 有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。 （ 5）采用 模塊式結(jié)構(gòu) ——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。 （ 3）電源調(diào)整與保護(hù) ——對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的 +5V 電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。 （ 1）屏蔽 ——對(duì)電源變壓器、 CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。為此，各 PLC 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC 除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使 PLC 具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。但對(duì) PLC 而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 30 頁 第 8 章 三容水箱 PLC 硬件設(shè)置 PLC 特點(diǎn)概述 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求： （ 1）平均故障間隔時(shí)間 長； （ 2）故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短。 (3)微分作用系數(shù) Kd 的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 , 其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化 , 對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。 Ki 越大 , 系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快。 Kp 越大 , 系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快 , 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高 , 但易產(chǎn)生超調(diào) , 甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。其中 P: I: D:。 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts 約為 370s。 上升時(shí)間 tr 約為 25s。從上圖可以觀察到其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 。 圖 71 PID 模型 圖 72 PID 子系統(tǒng)模型 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 29 頁 仿真結(jié)果 圖 73 下水箱液位仿真曲線 在圖 73中 , 橫軸表示時(shí)間 , 其單位為秒 。根據(jù)前面推理得到的三容水箱傳遞函數(shù) , 在 Simulink 中構(gòu)建仿真模型如圖 圖 2 所示。 63 3 3 30 . 0 8 5 0 . 0 0 1 4 2 . 5 1 0 0 . 0 0 1 5 ih h h h Q?? ? ? ? ? （ 614） 對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，可得三容水箱的傳遞函數(shù)： 6233 1 00 1 )( )( ?????? SSSSQ SH i （ 615） 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 28 頁 第 7 章 模型仿真和實(shí)驗(yàn) Simulink 仿真 Simulink 是用于 MATLAB 下建立系統(tǒng)框圖和仿 真的環(huán)境。39。39。 水箱平衡時(shí) , Qi= Q1= Q2= Q3 , 可以計(jì)算出上、中、下水箱的線性化水阻 : 21 0 . 2 5 ( 4 5 . 8 % 1 5 . 7 % ) 387(1 . 4 5 0 . 7 5 ) / 3 6 0 0R s m????? (612) 同上計(jì)算可得 22 202R s m? 23 588R s m? （ 613） 將上面的計(jì)算結(jié)果代人 610中可以得到： 39。觀察液位隨時(shí)間有一個(gè)飛升過程 , 經(jīng)過一段時(shí)間后 , 下水箱液位重新達(dá)到平衡。待液位達(dá)到平衡后 , 記錄此時(shí)的實(shí)驗(yàn)參數(shù) : Qi = / h, 上、中、下水箱的液位分別為 % 、 %、 %。 此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上水箱的流入量可以通過電磁流量計(jì)讀出 , 畫面顯示的液位均為百RhQ ??0安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 27 頁 分比 , 水箱高度均為 。經(jīng)過線性化后，水阻 R 是常數(shù)。經(jīng)過線性化后 , 水阻 R 是常數(shù)。1 2 2 3 1 3 1 2 33 3 31 2 3 1 2 33221 2 3 1 211iR R R R R R R R RAh h hR R R AR R RhQA R R R A R R? ? ? ????? （ 610） 按照流體力學(xué)原理，水箱流出量 Q0與出口靜壓有關(guān)，同時(shí)還與調(diào)節(jié)閥門的阻力R 有關(guān)，假設(shè)三者之間的變化關(guān)系為 ： （ 611） 流體在一般流動(dòng)條件下 , 液位 h 和流量 Q0 之間的關(guān)系是非線性的 , 如下圖所示。 39。 39。 39。 h h h 3 分別為上、中、下三個(gè)水箱的液位。2 1 2( ) /h Q Q A?? （ 65） 水槽 3： 39。 水槽 1： 39。 ( 4) 增大調(diào)節(jié)閥的開度 , 記錄水位隨時(shí)間的數(shù)據(jù)直至液位再次達(dá)到平衡。 ( 2) 啟動(dòng)水泵 , 上水箱注水 。上水箱的注水量通過上位機(jī)對(duì)電磁閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 25 頁 實(shí)驗(yàn)步驟 該實(shí)驗(yàn)中上、中、下三個(gè)水箱的負(fù)載閥開度分別設(shè)置為 11mm、 14mm、 9mm。同時(shí)由于出水壓力的增大使流出量逐漸增大，其趨勢(shì)是重新建立起流入量與流出量之間的平衡關(guān)系，即液位上升到一定高度使流出量增大到與流入量相等而重新建立起平衡關(guān)系，液位最后穩(wěn)定在某一高度上；反之，液位會(huì)下降，并最終穩(wěn)定在另一高度上。所以通過實(shí)驗(yàn)來建立三容水箱的數(shù)學(xué)模型為液位控制提供了理論依據(jù)。它反映了對(duì)象的特性 , 特別是動(dòng)態(tài)特性。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 24 頁 第 6 章 三容水箱數(shù)理模型的建立 三容水箱數(shù)理模型 當(dāng)某種形式的擾動(dòng)作用于被控制對(duì)象時(shí) , 就會(huì)引起對(duì)象的輸出發(fā)生相應(yīng)的變化。 若我們想把極點(diǎn)配置在 1， 2 ，則操作可具體如下： rank(ctrb(A,B)) ans = 2 顯見，系統(tǒng)狀態(tài)可控，可以對(duì)其閉環(huán)極點(diǎn)進(jìn)行任意配置。 綜合 下面討論極點(diǎn)配置問題，根據(jù)指定極點(diǎn)所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋增益矩陣是惟一的。所以只需判定系統(tǒng)在原點(diǎn)處的穩(wěn)定性。在 Matlab 中使用函數(shù)lyap（）來求解連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的李雅普洛夫方程，然后根據(jù)所求實(shí)對(duì)稱矩陣 P 的定號(hào)性判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于整個(gè)系統(tǒng)包含1y 2y ，所以就整個(gè)系統(tǒng)而言是不可觀的。 Qc=ctrb(A,B) Qc = 2 2 0 2 rank(Qc) ans = 2 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 21 頁 由上述結(jié)果可知，系統(tǒng)的可控性判別矩陣的秩為 2，與系統(tǒng)維數(shù)相同，所以系統(tǒng)是能控的。 圖 54 xxxxxxxxxxx 從上述仿真結(jié)果可知，在階躍響應(yīng)下， 1h 、 h2 都趨于穩(wěn)態(tài) 2，且無超調(diào)。 [num2,den2]=ss2tf(A,B,C2,D)。 D=0。 C1=[1 0]。 B=[2。 A=[1 0。 圖 414 D 加慣性環(huán)節(jié)圖 圖 415 控制曲線圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 16 頁 第 5 章 雙容水箱 在實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)三容水箱可以看成 2 個(gè)雙容水箱，而且雙容水箱與三容水箱相比較為簡單，我們可以先對(duì)雙容水箱進(jìn)行一個(gè)簡單的研究，可以更為方便地對(duì)三容水箱研究。 step(G)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 15 頁 Gc=tf(nn,dd)。 i=1:length(N) i =1 nn=kp*(conv([Ti,1],[Td/N(i),1])+conv([Ti,0],[Td,0]))。 grid on。 G=feedback(G0*Gc,1)。 N=[10]。Td=。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 14 頁 圖 412 PID 控制振蕩曲線 三者一起做比較，得到如下圖： 圖 413 控制曲線圖 在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中不可能出現(xiàn)純微分動(dòng)作，要經(jīng)常將純微分動(dòng)作近似成一個(gè)帶有慣性的微分 環(huán)節(jié)，進(jìn)而得到近似 PID 控制器的傳遞函數(shù)為： Gc（ s） =kp*(1+1/Tis+Tds/(1+Td/N)) （在實(shí)際應(yīng)用中，常取 N=10） clear all G0=tf(523500,[1 10470 0])。 g