【正文】 剛開始拿到論文時間，我對題目還不是很明白，就想通過上網(wǎng)查資料，希望能找到一篇一模一樣的論文，可還是沒找到，就在這找資料的過程中，我明白了很多東西，我看了很多稿相關(guān)論文，從中知道。 （ 12）如果系統(tǒng)輸出產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，則減小 Kp。 （ 10）如果系統(tǒng)輸出對于干擾信號反應(yīng)靈敏，則適當減小 Kd。 （ 8）當系統(tǒng)上升時間大于要求的上 升時間時，增加 Ki。 （ 6） Kd增加則穩(wěn)定性增加；反之亦然。 （ 4） Ki增加則穩(wěn)定性下降；反之亦然。 （ 2） Kp增加則超調(diào)增加；反之亦然。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高?？朔藛位芈房刂撇荒芸朔娜萘繙髥栴}，同時對非線性過程也有了很好調(diào)節(jié)效果，有效地抑制了單回路控制中的大時延問題。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間 大約為 300s。 KP= KD=5 KI= （ a） 精品資料 （ b） （ c） （ a）仿真框圖 （ b）擾動信號單獨作用下的輸出曲線 （ c）設(shè)定值和擾動同時作用下的輸出曲線 圖 串級控制系統(tǒng)二次干擾作用下的響應(yīng)曲線 當副環(huán)采用 PID調(diào)節(jié)時 KI1= KI2= KP=精品資料 （ a） （ b） （ c） 精品資料 （ d） （ e） （ a）副調(diào)節(jié)器為 PID 的仿真框圖 （ b）輸入為設(shè)定值時的輸出曲線 （ c）擾動信號單獨作用下的仿真框圖 （ d）擾動信號單獨作用下的輸出曲線 （ e）設(shè)定值和擾動信號同時作用下的輸出曲線 圖 串級控制系統(tǒng)一次干擾作用下的響應(yīng)曲線 對于串級控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行人約 900s 后加幅值為設(shè)定值 50%的二次階躍擾動信號。系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖 。 KP= KI= KD=5 （ a） （ b） 精品資料 （ c） （ a）仿真框圖 （ b）一次和二次擾動信號信號同時作用時的輸出 曲線 （ c）給定信號和擾動信號同時作用時的輸出曲線 圖 單回路系統(tǒng)加一次、二次干擾下的仿真框圖 5. 3 串級控制系統(tǒng)的仿真 副控制器分別選擇 P和 PID作用，主控制器選擇 PID作用，整定串級控制器的參數(shù)為最佳值，同樣是 50%設(shè)定值設(shè)定值擾動。 精品資料 ,DD P I P ITT K = K K = K ? pK = （ a） （ b） （ a）仿真框圖 （ b）單回路系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖 單回路系統(tǒng)作用下的仿真框圖 同樣對于單回路系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行大約 900s 后，圖加幅值為設(shè)定值理 50%的一次階躍擾動信號，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖 所示，此時系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間大約為730s。通過分析和比較單回路和串級也為控制系統(tǒng)的仿真波形圖，可以看出單回路液位控制系統(tǒng)和串級液位控制系統(tǒng)的差異，具體仿真過程如下所述。 雙容控制系統(tǒng)中，論文中選的水箱容量為 36000立方厘米（ 30cm 24cm 50cm），由第四章介紹的建模方法得到的 主被控對象的數(shù)學模型 2( ) /( 25 1)G s e s??，副被控對象的數(shù)學模型為 4( ) /(12 1)sG s e s???， 控制器采用 PI控制規(guī)律對系統(tǒng)進行仿真研究。 串級控制系統(tǒng)對進入副回路的二次干擾具有很強的克服能力。 串級控制系統(tǒng)必須合理地進 行設(shè)計，才能使串級控制系統(tǒng)的優(yōu)越性得到充分的發(fā)揮。 精品資料 5 雙容液位控制系統(tǒng)的仿真 5. 1 被控對象的仿真模型 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資少、技術(shù)成熟、操作維護也比較方便，在生產(chǎn)過程控制中得到廣泛應(yīng)用。由于該過程為兩個一階環(huán)節(jié)的串聯(lián)，過程等效時間常數(shù) Tmax(T1,T2)，故總體反應(yīng)要較單一的一階環(huán)節(jié)慢的多。對于式（ ）所示的二階過程 t1/t2。可知 T=12s。本實驗的具體算法： 需要確定的參數(shù)是過程放大系數(shù) K和水箱的時間常數(shù) T。 設(shè)上水箱進水口的流量為雙容水箱的輸入量，下水箱的高度 h2為輸出量，根據(jù)物料動態(tài)平衡關(guān)系，并考慮到液體傳輸過程中的時延，其傳遞函數(shù)為 精品資料 21 1 2() ()( ) ( 1 ) ( 1 ) sH s KG s eQ s T S T S ??? ? ?? ? ? ? （ ） 式中 K=R3， T1=R2C1 ， T2=R3C2， R R3分別為閥 5和閥 6的液阻， C1和 C2分別為上水箱和下水箱的容量系數(shù)。由于多了一個容器，就是調(diào)節(jié)對象的飛升特性在時間上更加落 后一步。被調(diào)量 變化的反應(yīng) （ a） （ b） （ c） 圖 被調(diào)量變化的反應(yīng)曲線 曲線如圖 ?h2的曲線。 圖 上水 箱下水箱系統(tǒng)圖 被調(diào)量是第二水槽的水位 h2。 精品資料 二階雙容下水箱對象特性 二階雙容水箱的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 。 根據(jù)物料平衡的關(guān)系，求得： 2 2 1dhR C h R Qdt? ? ? ? ? （ ） 在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得： 212()() ( ) 1 1H s R KGs Q d R C s Ts? ? ??? （ ） 式中， T為水箱的時間常數(shù)（閥 4的開度大小會影響到水箱的時間常數(shù)）， T=R2C，K=R2為過程放大倍數(shù)， R2為閥 4的液阻， C為水箱的容量系數(shù)，令輸入量 Q1(s)=R0/s，R0為常量，則輸出液位的高度為 0()( 1)KRHS s Ts? ? （ ） 根據(jù)上式，需要確定的參數(shù)是過程放大系數(shù) K和水箱的時間常數(shù) T。 精品資料 圖 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 如圖 ，設(shè)水箱進水口的進水流量為 Q1，出水口出水流量為 Q2，水箱液面高度為 h。畢業(yè)設(shè)計運用直角坐標圖解法確定系統(tǒng)一階系統(tǒng)的參數(shù)。同時，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對象模型的 結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，決定模型中各參數(shù)。 精品資料 4 .2 分析多容過程的數(shù)學建模 一階單容上水箱特性 單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 圖 上水箱液位控制系統(tǒng)流程圖 通 過階躍響應(yīng)測試確定系統(tǒng)的對象模型的各參數(shù)。雙容過程是最簡單的多容過程，本設(shè)計以雙容過程為例。基本步驟是：首先通過手動操作使過程工作在所需測試的穩(wěn)態(tài)條件下，穩(wěn)定運行一段時間后，快速改變過程的輸入量，并用紀錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同時記錄過程輸入和輸出的變化曲線，經(jīng)過一段時間后，過程進入新的穩(wěn)態(tài)，試驗結(jié)束得到的記錄曲線就是過程的階躍響應(yīng)。系統(tǒng)辨識方法不需要過程的先驗知識 [8]。 （ 2）系統(tǒng)辨識法 其特點是可以清除測試數(shù)據(jù)中的偶 然性誤差即噪聲的影響，為此就需要處理大量的測試數(shù)據(jù)，計算機是不可缺少的工具。對本類方法的對象，只需做出線性假定，并不需要事先確定模型的具體結(jié)構(gòu)，因而本類方法使用范圍廣，工程上獲得了廣泛應(yīng)用。 采用經(jīng)典辨 識法，直接獲得的是非參數(shù)模型，一般是時間或頻率為自變量的試驗曲線或數(shù)據(jù)集。 測試法建模又可分為經(jīng)典辨識法和系統(tǒng)辨識法兩大類： （ 1）經(jīng)典辨識法 不考慮測試數(shù)據(jù)中偶然性誤差的影響，只需對少量的測試數(shù)據(jù)進行比較簡單的數(shù)學處理，計算工作量一般較小。它根據(jù)過程的輸入和輸出的實測數(shù)進精品資料 行某種數(shù)學運算后得到模型，主要特點是把被研究的過程視為一個黑匣子，完全從外特性上描述它的動態(tài)性質(zhì)，也稱為“黑箱模型”。 。 機理建模法的首要條件是需要過程的先驗知識，并且可以比較確切地對過程加以數(shù)學描述。 機理法建模也稱為過程動態(tài)學 方法，它的特點是把研究的過程視為一個透明的匣子，因此建立的模型也稱為“白箱模型”。模型的建立方法可分為機理建模方法、階躍響應(yīng)法，下面分別進行闡述。從根本上說，這仍然是根據(jù)過程響應(yīng)來整定參數(shù)，是傳統(tǒng)整定方法的延續(xù)，得到的結(jié)果仍然是比較粗糙的，只能滿足一定性能指標 [10]。但運用該方法得到的控制器參數(shù)比較粗糙，控制效果只能滿足一般要求，參數(shù)的優(yōu)化遠遠不夠；同時，對于一些系統(tǒng)，由于控制對象的復雜性、變化性，難以運用傳統(tǒng)方法進行整定。這種方法僅根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)來整定控制器的參數(shù)，具有物理意義明確的優(yōu)點，可以以較少的試驗工作量和簡便的計算，得出控制器參數(shù)，因而在生產(chǎn)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。然后按照經(jīng)驗公式確定 PID參數(shù) [6]。 （ 3）衰減曲線法。它既能保證實現(xiàn)穩(wěn)定閉環(huán)振蕩，又不需離線進行，是獲得過程臨界信息的最簡便方法之一。然后按照經(jīng)驗公式確定 PID參數(shù)。 （ 2）穩(wěn)定邊界法 (臨界比例度法 )。該方法先求取系統(tǒng)的開環(huán)階躍響應(yīng)曲線，根據(jù)對象的純遲延時間、時間常數(shù)和放大系數(shù)，按 ZieglerNichols 經(jīng)驗公式計算 PID參數(shù)。 PID參數(shù)整定方法 自 Ziegler和 Nichols提出 PID參數(shù)整定力一法起，隨著各種技術(shù)和理論的發(fā)展 PID精品資料 參數(shù)整定的方法越來越多。 (2)算法結(jié)構(gòu)的簡單性同時決定了 PID控制只能確定閉環(huán)系統(tǒng)的少數(shù)主要極點；閉環(huán)特性從根本上只是基于動態(tài)特性的低階近似假定的。 但從另一方面來講，控制算法的普適性也反映了 PID控制器在控制品質(zhì)上的局限性。 (2)控制器適用于多種不同的對象，算法在結(jié)構(gòu)上具有較強魯棒性。 PID控制的特點 事實表明，對于 PID這樣簡單的控制器，能夠適用于廣泛的工業(yè)與民用對象，并仍以很高的性價比在市場中占據(jù)著重要地位，充分地反映了 PID控 制器的良好品質(zhì)。確定過程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負反饋副調(diào)節(jié)器應(yīng)選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式 [4]。 （ 3）主、副調(diào)節(jié)器 正反作用方 式的確定 一個過程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負反饋。主回路一般要求無差，主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應(yīng)選取 PI或 PID控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取 P控制規(guī)律而不引入 I或 D控制。主調(diào)節(jié)器是定值控制，副調(diào)節(jié)器是隨動控制。嚴重時會出現(xiàn)主、副回路“共振”現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常工作。原則上，在設(shè)計中要保證主、副回路擾動數(shù)量、時間常數(shù)之比值在 3~1之間。副回路中如果包括的擾動越多，其通道就越長，時間常數(shù)就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會降低。 精品資料 在這里要注意（ 2）和（ 3）存在明顯的矛盾，將更多的擾動包括在副回路中有可能導致副回路的滯后過大，這就會影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實際系統(tǒng)的設(shè)計中要兼顧（ 2）和（ 3）的綜合 [3]。 （ 4）要將被控對象具有明顯非線性或時變特性的部分歸于副對象。 （ 2）將更多的擾動包括在副回路中。 副回路的設(shè)計 由于副回路是隨動系統(tǒng)，對包含在其中的二次擾動具有很強的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動通過主、副回路的調(diào)節(jié)對主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時應(yīng)盡可能把被控過程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動。這里主要解決串級控制系統(tǒng)中兩個回路的協(xié)調(diào)工作問題。由圖可以看出，上水箱的擾動包括在副環(huán)內(nèi)，可以減小這個擾動對系統(tǒng)的影響。在上水箱下水箱液位串級控制系統(tǒng)中，用上水箱精品資料 的液位來控制調(diào)節(jié)閥，然后再用下水箱液位來修正上水箱的給定值。系統(tǒng)有兩個調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器具有自己獨立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號則被送到調(diào)節(jié)閥去控制生產(chǎn)過程。 串級控制特點及應(yīng)用范圍是： 特點： （ 1）能夠迅速克服進入副回路的干擾，抗干擾能力強，控制質(zhì)量強； （ 2）改善過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； （ 3）對負荷和操作條件的變化適應(yīng)性強； 應(yīng)用范圍： （ 1）應(yīng)用于容量滯后較大的過程； （ 2）應(yīng)用于純時延較大的過程； （ 3）應(yīng)用于干擾變化激烈的而且幅度大的過程； （ 4）應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程； （ 5）應(yīng)用于非線性過程； 串級系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)有一個顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上形成了兩個閉環(huán)。串級控制只多了一個測量變送器。 串級控制系統(tǒng)的一般 結(jié)構(gòu)框圖 如圖 。 對于過程控制系統(tǒng)裝置，雙級水箱液位控制比單級水箱液位控制困難，會遇到許多的問題，滯后時間比較長，對于環(huán)境的變化多少會受一定的影響，如想要好的 控制效果就要引入新的控制系統(tǒng)，運用單回路控制系統(tǒng)來控制是不能達到控制精度和要求。 串級控制 在大多數(shù)情況下，單回路控制系統(tǒng)能夠滿足工藝生產(chǎn)的基本要求。