過程控制課程設(shè)計(jì)—三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(參考版)
2025-01-16 19:07本頁面
【正文】 由于實(shí)際生產(chǎn)過程中對、的要求并不高，所以本次設(shè)計(jì)最終價(jià)采用這種方法進(jìn)行三容水箱的控制。但是對于實(shí)際生產(chǎn)過程也已經(jīng)可以滿足要求了。仿真框圖如圖35所示。由于實(shí)際生產(chǎn)過程中對相應(yīng)時(shí)間的要求比較高，故這種控制方法效果并不理想。圖31 串級控制加入二級水箱液位的負(fù)反饋仿真框圖內(nèi)環(huán)使用p調(diào)節(jié)，；外環(huán)使用PI調(diào)節(jié)，傳遞函數(shù)。加二級水箱的液位的負(fù)反饋進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，加入二級水箱的液位負(fù)反饋。雖然的動態(tài)響應(yīng)過程不理想，超調(diào)過大，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中并不會溢出物料罐，同時(shí)的超調(diào)減少了，而響應(yīng)時(shí)間有了很大的改善。在本次設(shè)計(jì)中，內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù)。串級調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法使用兩步法：先整定內(nèi)環(huán)，在整定外環(huán)。 串級反饋調(diào)節(jié)為提高的響應(yīng)速度，采用串級控制方法，由于對、的調(diào)節(jié)品質(zhì)沒有很高要求，因此，使用具有“粗調(diào)”作用的副控制器調(diào)節(jié)、具有“細(xì)調(diào)”作用的主控制器調(diào)節(jié)要求較高的。超調(diào)量分別為15%、18%、5%。效果不如不加控制器的好。但是由于本次設(shè)計(jì)中，對于的控制要求精確，故采用PI調(diào)節(jié)來達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)目的。而且，如果流動速率被當(dāng)做操控變量，那么控制器的設(shè)定必須要限制流動速率以避免突然的溢出。流速并不是一個(gè)值得很關(guān)心的因素。rlocus(G)hold on圖17 三容水箱模型根軌跡圖根據(jù)三容水箱模型的根軌跡圖可知臨界增益。G3=tf([],[5* 1])。 PID調(diào)節(jié)器 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)初值用ZieglerNichols ultimate method 設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)器參數(shù)初值，利用matlab仿真平臺編寫程序如下，繪制根軌跡圖：G1=tf([],[5* 1])。對于單位階躍信號而言三者的穩(wěn)態(tài)誤差基本相等。圖13 三容水箱單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)引入反饋之后，階躍輸入下響應(yīng)效果如圖：圖14 單回路階躍響應(yīng)曲線圖15 單回路階躍響應(yīng)曲線圖16 單回路階躍響應(yīng)曲線從圖中可以看出，、的調(diào)節(jié)時(shí)間都很長分別為3000s、3750s、4000s左右，并且都有較大超調(diào)量，的超調(diào)量為40%，的超調(diào)量為24%，的超調(diào)量為12%。.將液位測量裝置、控制器、調(diào)節(jié)閥和三容水箱組成單回路控制系統(tǒng)?？梢娙菟渚哂杏捎谌齻€(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，響應(yīng)速度慢，有穩(wěn)態(tài)誤差但無超調(diào)。單位階躍輸入作用下，三個(gè)水箱液位變化如下圖：圖10 階躍響應(yīng)曲線圖11 階躍響應(yīng)曲線圖12 階躍響應(yīng)曲線 從圖中可以看出，、的響應(yīng)時(shí)間依次增加，分別為2000s、3000s、3500s左右。因此，我們的控制方案是串級控制：對于控制精度要求不高的內(nèi)環(huán)，采用P調(diào)節(jié)或超前校正以提高響應(yīng)速度；對于品質(zhì)要求高的外環(huán)，采用PID或者PI調(diào)節(jié)，消除靜差，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。為了對、進(jìn)行有效控制，本次設(shè)計(jì)將嘗試采用多回路串級調(diào)節(jié)。另外，還有一個(gè)必須注意的地方：在對進(jìn)行控制的同時(shí)，、也要得到有效的調(diào)節(jié)。但是，在本次設(shè)計(jì)中，三個(gè)水箱（三個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)）依次串聯(lián)，構(gòu)成三階系統(tǒng)，如果僅使用P調(diào)節(jié)，存在動態(tài)響應(yīng)速度慢、有穩(wěn)態(tài)誤差，因而不滿足題設(shè)中對進(jìn)行精確控制的要求。得到模型后，利用上述參數(shù)計(jì)算，可得到如圖9的三容水箱控制系統(tǒng)的具體過程傳遞函數(shù)的框圖圖9 三容水箱過程傳遞函數(shù)的框圖以上就是三容水箱數(shù)學(xué)模型的建立。在雙容水箱的控制方框圖的基礎(chǔ)上可以推導(dǎo)出三容水箱的控制方框圖，如圖 8所示。再根據(jù)其傳遞函數(shù)可得雙容水箱的控制方框圖，如圖7所示。圖6 雙容水箱結(jié)構(gòu)圖參考單容水箱的數(shù)學(xué)模型
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