自動化課程設(shè)計報告水箱液位控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(參考版)
2025-06-29 20:06本頁面
【正文】 謝謝學(xué)校能讓我們擁有這次動手實踐的機會，使我們能夠理論與實際相結(jié)合，為我們的學(xué)習(xí)樹立了新的里程碑。最后，非常感謝多位老師的悉心教導(dǎo)，由其是王姝老師，每天都與我們進行溝通，了解每一組的設(shè)計進度。這也讓我對MATLAB的應(yīng)用有了很好的認識。讓我更加深刻的體會到與人溝通的藝術(shù)以及團隊合作的重要性。很多東西也變得輕車熟路起來。也讓我們對PID參數(shù)的整定有了詳細的了解。課程設(shè)計讓我有了這次機會，我們通過在一流實驗室里，利用水箱系統(tǒng)，探究了書本中所學(xué)的一些理論知識。我們在先前已經(jīng)進行了過程控制課程的學(xué)習(xí)，讓我們對各種控制系統(tǒng)以及生產(chǎn)控制過程中所運用的一些理論知識有了初步的了解。這不是一個人的辛苦成果，使我們大家共同努力所得。9. 收獲、體會和建議通過這段時間我們的努力嘗試，過程控制課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。對串級控制系統(tǒng)和單回路控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出曲線對比可知，串級控制系統(tǒng)由于增加了副控制回路，使控制系統(tǒng)的的抗干擾性能、動態(tài)性能、工作頻率及自適應(yīng)能力都得到明顯改善。串級系統(tǒng)輸出曲線的調(diào)節(jié)時間縮短，使系統(tǒng)更早進入穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)振蕩幅度明顯得到改善，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使系統(tǒng)較快回復(fù)穩(wěn)定。例如旁路閥流量是可測的變量，并且可以通過控制調(diào)節(jié)變頻器，使副回路水泵的轉(zhuǎn)速改變，從而調(diào)節(jié)進水流量?？蓽y不可控干擾無法設(shè)計串級控制系統(tǒng)來抑制干擾。如果有一較大的擾動，一般可以通過設(shè)計串級控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)來解決。 本設(shè)計是單回路，串級和前饋水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計，目的是要對水箱液位有良好的控制。掌握了基本的建模方法。 利用Matlab仿真軟件調(diào)節(jié)控制器參數(shù)當無前饋的時候，得到如下圖 無前饋時副回路進水流量的曲線圖（計算所得） 當前饋補償放大系數(shù)為5的時候，為過補償，如下圖 前饋系數(shù)為5時副回路進水流量的曲線圖（過補償），得到 （欠補償）8. 結(jié)論 到這里，所有建模過程及系統(tǒng)設(shè)計部分已經(jīng)結(jié)束。（2） 在前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，為實現(xiàn)前饋作用的完全補償，根據(jù)不變性原理知 ()這與在單純前饋的開環(huán)控制下所得動態(tài)前饋模型的形式完全相同。 前饋控制器的模型 前饋控制框圖前饋—反饋控制系統(tǒng)有如下主要特點：（1） 在單純前饋控制下，擾動對被控量的影響如式()所示，即 ()采用了前饋—反饋控制后，擾動對被控量的影響為原來的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， 要直接測量負載干擾量的變化， 當干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時，調(diào)節(jié)器就會發(fā)出調(diào)節(jié)信號而使調(diào)節(jié)量做出相應(yīng)的變化， 使兩者抵消于被調(diào)節(jié)量發(fā)生偏離之前?？梢栽诟被芈窋_動前加一個前饋補償器，通過模型計算，求得該補償器的傳遞函數(shù)，進而消除副回路擾動的干擾。前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)能迅速有效地補償擾動對整個系統(tǒng)的影響，并利于提高控制精度，理論上可做到完全消除擾動對系統(tǒng)輸出的影響。 給定值第二次發(fā)生節(jié)約變化后系統(tǒng)曲線圖 打開旁路干擾閥（較大幅值的階躍擾動） 第一次用旁路干擾閥給定擾動 第二次用旁路干擾閥給定擾動（較大幅值的階躍擾動） 第一次用副回路進水閥給定擾動 第二次用副回路進水閥給定擾動串級控制系統(tǒng)對于副回路進水的頻繁劇烈變化具有一定的抑制作用，還有什么方法可以更好的抑制該擾動對水箱液位的影響，使得控制質(zhì)量能夠進一步提高。 當P=，系統(tǒng)曲線圖整定I， 當P=，I=，系統(tǒng)曲線圖發(fā)現(xiàn)I過大，應(yīng)繼續(xù)減小I,經(jīng)過多次嘗試，發(fā)現(xiàn)符合要求 當P=，I=，系統(tǒng)曲線圖故最終整定參數(shù):外環(huán) P=，I= 內(nèi)環(huán) P=800 I=8 讓設(shè)定值發(fā)生階躍變化當系統(tǒng)給定值由6增加階躍到8時，由下圖不難看出給定值發(fā)生階躍變化后系統(tǒng)快素調(diào)整到了新的穩(wěn)態(tài)值。發(fā)現(xiàn)正好符合要求。 當P=800，I=1時，系統(tǒng)曲線圖接著令I(lǐng)為8，則可以得到較為平穩(wěn)符合要求的曲線了。故P取800. 當P=800時，系統(tǒng)曲線圖接著進行內(nèi)環(huán)I的整定。故應(yīng)適當增大。故得增大。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準確保持下水箱液位在設(shè)定值，因此，主調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器也可考慮采用PID調(diào)節(jié)器。在計算機中設(shè)置了兩個虛擬調(diào)節(jié)器作為主副調(diào)節(jié)器。（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)設(shè)計①此串級控制系統(tǒng)的控制原理圖增壓泵計算機頻器HTHT上水箱下水箱電動閥1V1V4V51V10儲水箱 水箱（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)原理圖②此串級控制系統(tǒng)的控制框圖 水箱（上）液位與進水流量的串級控制系統(tǒng)框圖本實驗采用計算機控制,將下水箱液位控制在設(shè)定高度。合理構(gòu)造二次回路，以減小容量滯后對過程的影響，加快響應(yīng)速度。雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)可以很好的消除容量滯后。?在這種情況下，你有什么辦法提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量？詳細說明你的想法。 第三次用副回路進水閥給定擾動?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？ 答：系統(tǒng)的上升時間和調(diào)節(jié)時間變長，原因是雙容水箱較單容水箱存在比較大的容量滯后。 第一次用副回路進水閥給定擾動在給大一點的擾動，可以看出比上面變化的大，也是很快通過PID的調(diào)節(jié)就達到了穩(wěn)定。 第三次用旁路干擾閥給定擾動先給一小點的擾動，可以得到如下曲線，變化比較小。曲線如下： 第一次用旁路干擾閥給定擾動再給定一個稍大的擾動，這時圖像產(chǎn)生了較明顯的變化，然后又恢復(fù)了穩(wěn)定。不用整定D就可以。可以使用。 當P=，I=
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