【正文】 Chemical Engineering, 20xx, 29(l):261271. [6] 趙曜 內(nèi)模控制發(fā)展綜述 [J] 信息與控制 , 20xx, 15(6),815. [7]馬姝姝．時(shí)滯系統(tǒng)的內(nèi)?？刂蒲芯?[D]. 南京 ,東南大學(xué) ,20xx. [8]梁年升，李陸世．大電網(wǎng)并列運(yùn)行水電機(jī)組功率智能預(yù)測(cè)控制 [J]．華中理工大型學(xué)報(bào)，1996,24（ 10）： 4346. [9]牛瑞燕 . 智能二自由度內(nèi)?？刂?[J]. 控制理論與應(yīng)用 . 20xx, 18（ 4）： 624628. [10]金以慧 . 過(guò)程控制 [M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 1993. [11]王樹(shù)青 , 金曉明 , 榮岡 . 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的先 進(jìn)控制 [J]. 化工自動(dòng)化及儀表 . 1999, 26(2): 6165. [12]Ahmad Ali, Somanath Majhi. PI/PID controller design based on IMC and percentage overshoot specification to controller setpoint change[J], ISA Transactions 20xx 48 (4) 1015. [13]湯偉 , 施頌椒 , 王孟效 . 大時(shí)滯過(guò)程雙自由度自整定內(nèi)?？刂?[J]. 上 海交通大學(xué)學(xué)報(bào) , 20xx, 37(4): 493498. [14]陳海霞 , 趙曜 , 彭力 . 三自由度內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì) [J]. 控制理論與應(yīng)用 , 20xx, 26(11): 1618. 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[2] 文新宇 ,張井崗 。在此，也對(duì)他們表示衷心感謝。沒(méi)有他的細(xì)心指導(dǎo)我的論文也不會(huì)順利完成，感謝他在百忙之中抽出時(shí)間幫助我搜集文獻(xiàn)資料，幫助我理清論文寫(xiě)作思路，對(duì)我的論文提出了諸多寶貴的意見(jiàn)和建議，同時(shí)他的學(xué)習(xí)精神也是我效仿的榜樣，對(duì)于他的幫助我表示真摯的感謝。我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式的修改等，各個(gè)環(huán) 節(jié)都給予了我悉心的指導(dǎo)。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。在此論文撰寫(xiě)過(guò)程中，要特別感謝我的導(dǎo)師陳夕松的指導(dǎo)與督促。離別在即，站在人生的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，心中難免思緒萬(wàn)千， 一種感恩之情油然而生。時(shí)間有限，如果能做更多次的測(cè)試，就可以得到更優(yōu)的采樣時(shí)間和濾波器常數(shù)。 3. 采樣時(shí)間和濾波器常數(shù)還可以進(jìn)一步優(yōu)化 。如果能建立流量和閥門(mén)開(kāi)度之間的模型，就可以結(jié)合內(nèi)環(huán)從理論上計(jì)算出一個(gè)相對(duì)精確的理論模型，控制效果能得到提升。 。 由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的不足，在本課題的研究中，尚存在以下方面需要進(jìn)一步深入研究： 1各個(gè)傳感器傳入的信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波，尤其是流量和液位傳感器，信號(hào)振蕩較大。 最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于本文中所建立的一階慣性形式 的流量 液位模型， IMC設(shè)計(jì)方法能非常便捷地設(shè)計(jì)出控制器以及整定參數(shù)，得到了很好的控制效果。 IMCPID 串級(jí)控制的實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò) Matlab仿真進(jìn) 行 IMC參數(shù)的優(yōu)化選擇，比較了 PID控制及 IMC在液位過(guò)程控制中的動(dòng)靜態(tài)性能和設(shè)計(jì)方法。采用試驗(yàn)建模方法建立了被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，為仿真研究提供基礎(chǔ)。 第 4步定時(shí)器每 8秒調(diào)用一次外環(huán)控制模塊 FC1； 第 5步定時(shí)器每 2秒調(diào)用一次內(nèi)環(huán)控制模塊 FC9； 圖 43 模塊間的調(diào)用關(guān)系 主模塊OB1 初始化 OB100 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)DB 運(yùn)行 外環(huán) FC1 2s 采樣時(shí)間到 報(bào)警 FC6 標(biāo)定 FC3 內(nèi)環(huán) FC9 采樣時(shí)間到 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 22 總結(jié) 本文基于東南大學(xué) HGK1型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以該平臺(tái)中的液位過(guò)程為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)基于可編程序控制器（ PLC）的液位控制系統(tǒng)，采用內(nèi)?？刂疲?IMC）算法，仿真并實(shí)驗(yàn)研究 IMC在該過(guò)程中的應(yīng)用效果。 第 2步調(diào)用報(bào)警模塊 FC6；該模塊在液位超過(guò) 500mm的時(shí)候報(bào)警。然后周期執(zhí)行主程序OB1： 外環(huán) 入口 （周期 2s） 理論模型 ( ) ( ) , 1 , ,iy i h e y i i N? ? ? … 歷史值 液位 位的偏差，留待下一次 循環(huán)調(diào)用 返回 偏差 內(nèi)環(huán) 入口 （周期 ） ，得到 PID 控制量 返回 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 21 第 l步用 調(diào)用傳感器標(biāo)定 模塊 FC3。 圖 42 內(nèi)?？刂频挠?jì)算流程圖 IMC 算法的 PLC 實(shí)現(xiàn) 編程過(guò)程中的模塊調(diào)用關(guān)系見(jiàn)圖 43。 根據(jù)圖 41，整個(gè)控制流程可以分為以下幾步： 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 20 (1)將上一次實(shí)際液位和預(yù)測(cè)液位之間的偏差與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到新的偏差，通過(guò)內(nèi)?？刂破饔?jì)算出液位設(shè)定值，并以液位設(shè)定值通過(guò)理論模型計(jì)算出預(yù)測(cè)液位。仿真可知，模型與實(shí)際模型偏差較小時(shí)，預(yù)測(cè)液位與實(shí)際液位偏差也較小，而且變化趨勢(shì)相同；但是模型與實(shí)際模型偏差較大時(shí)，預(yù)測(cè)液位會(huì)跟實(shí)際液位保持很大的偏差，變化趨勢(shì)上也有不同。 由于內(nèi)環(huán)是 PID調(diào)節(jié)，可以不考慮 ()fGs的具體形式。 ()Gs()mGs()Cs ()Ys()Ys??????()Rs內(nèi) 環(huán) （ 流 量 ）PI D ()fGs 圖 41 IMCPID液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 41中 ()mGs即為液位 流量模型的傳遞函數(shù)， ()fGs為流量與調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度之間的傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)非線性不可測(cè)?？刹捎勉~纜將可選的多個(gè)總線耦合器連接 到 INTERBUS 遠(yuǎn)程分支上。 溫度測(cè)量模塊：這些 Inline 模塊可用于連接熱電偶（ UTH)和電阻溫度傳感器 (RTD)。例如IB IL AI 2/SFME 提供 2 路模擬量電壓和電流測(cè)量， IB IL AI 41 提供四路電流測(cè)量， IB IL AI 4U 提供四路電壓測(cè)量。例如 IB IL 24 PWR INPAC 電源模塊提供：最大為 8A 的主電路電壓，最大為 8A 的 IO 分段電路電壓。 電源功率模塊： inline 電源模塊用于在一個(gè) inline 站內(nèi)對(duì)各個(gè)電壓連接進(jìn)行供電，保護(hù)和診斷。 數(shù)字量輸出模塊： inline ME 經(jīng)濟(jì)型模塊適用于節(jié)省空間的經(jīng)濟(jì)型場(chǎng)合，例如適用于僅有少數(shù)量的接線方式的機(jī)械應(yīng)用場(chǎng)合。 數(shù)字量輸入模塊： inline IO 模塊適用于節(jié)省空間的經(jīng)濟(jì)型場(chǎng)合，例如適用于僅有少數(shù)量的接線方式的機(jī)械應(yīng)用場(chǎng)合。窗口設(shè)計(jì)為文件夾，從而簡(jiǎn)化了操作。 100 系列控制器擴(kuò)展功能及特點(diǎn)： Modbus/TCP 集成在固件中，可提高性能并簡(jiǎn)化配置，這樣與其他 Modbus 的通信甚至就更為簡(jiǎn)單；集成 SD 卡槽：用于快速的存儲(chǔ)擴(kuò)展與軟件的簡(jiǎn)單實(shí)用； FTP 服務(wù)器；閃存文件系統(tǒng)；可作為主站，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線從站擴(kuò)展；支持眾多協(xié)議如 HTTP,FTP,等等；免費(fèi)的編程軟件 PC WORX EXPRESS； XC 型號(hào)適用于寬溫需求40 度到 +60 度。它有以下幾個(gè)類型：帶遠(yuǎn)程總線支持的緊湊型控制器 ILC 151 ETH ；帶兩個(gè)以太網(wǎng)口和一個(gè) SD 卡插槽的緊湊型控制器 ILC 171 ETH 2TX；集成浮點(diǎn)算術(shù)單元的高性能緊湊型控制器 ILC 191 ETH 2TX；東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 18 還有一個(gè)是緊湊型控制器 ——基本型應(yīng)用 ILC 131 ETH。作為控制中心與 I/O 層之間的接口，該系列控制器有效地在你的系統(tǒng)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。 100 系列緊湊型控制器支持所有的通用通信方式，如以太網(wǎng)，移動(dòng)電話和固定網(wǎng)絡(luò)。使用菲尼克斯可以方便地對(duì)控制系統(tǒng)編程； WINCC 軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)并提供圖形監(jiān)控和人機(jī)界面，從而完成整個(gè)控制任務(wù)。系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) : 智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。其模塊有數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊，電源功率模塊，模擬量輸入輸出模塊，溫度測(cè)量模塊，通訊模塊，主站通訊模塊，位置測(cè)量模塊，計(jì)數(shù)器脈沖模塊，總線耦 合器，分支模塊等。 100 系列緊湊型控制器是菲尼克斯電氣 Easy Automation 系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，采用該系列 PLC 與 Easy Automation 系統(tǒng)的其他產(chǎn)品組合提供豐富的 IO 模塊，軟件工具， HMI 及網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，安全生產(chǎn)。其領(lǐng)域范圍涉及各種不同的電氣技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品，包括可供設(shè)備和機(jī)械制造商使用的各種連接技術(shù)，用于現(xiàn)代控制柜的電氣元件，以及適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合及行業(yè)的客戶定制解決方案。它是 由菲尼克斯電氣有限責(zé)任公司的自動(dòng)化控制產(chǎn)品及軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)完整的控制方案，其組成包括可編程序控制器，人機(jī)接口，工控軟件及監(jiān)控界面等產(chǎn)品，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線以及相應(yīng)的通訊軟件將各種設(shè)備以高速、確定的數(shù)字通訊方式連網(wǎng)。 Transfer F 是液位過(guò)程的傳遞函數(shù)， Transfer F1 是主回路的 PI 控制器， Gain 是液位當(dāng)前值與設(shè)定值之間的增益系數(shù)，設(shè)為 1。 仿真研究 基于第二章所建立的液位 流量模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)矩陣控制的參數(shù)優(yōu)化選擇，仿真比較 PID東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 16 控制與 IMC在液位過(guò)程控制中的性能。由控制原理知道，零頻增益為無(wú)窮大的反饋控制可以消除由外界擾動(dòng)引起的余差。一般情況下， ? 的初值可選為系統(tǒng)主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)的 21~31 之間。根據(jù)被控過(guò)程的不同， )(sC 有時(shí)未必能導(dǎo)成理想 PID 結(jié)構(gòu)，在這種情況下，我們可以用經(jīng)典 PID 串聯(lián)一個(gè)一階濾波器來(lái)表示，濾波器時(shí)間常數(shù)為 F? 。 添加濾波器 f ，選擇 r 使 )(sGc 為半真的；或者為了尋找等效 PID 控制器，允許 )(sGc東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 15 分子階次比分母階次大 1，即允許 )(sGc 非真， 這是與內(nèi)?？刂圃O(shè)計(jì)的主要差別。 IMCPID 控制器不僅保持了傳統(tǒng) PID 控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在線調(diào)節(jié)容易等特點(diǎn)，還具有內(nèi)?？刂普▍?shù)少，參數(shù)調(diào)節(jié)與系統(tǒng)品質(zhì)、魯棒性關(guān)系明確，適用于時(shí)滯系統(tǒng)控制等優(yōu)點(diǎn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)，并且具有很好的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能。 如果在液位控制系統(tǒng)中采用串級(jí)控制，就能改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)的工作頻率，使得系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。 流量的串級(jí)控制設(shè)計(jì) 液位控制系統(tǒng)可以采用最簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，以液位為反饋量。時(shí)間常數(shù)增大，系統(tǒng)魯棒性增強(qiáng)，但是跟蹤滯后變大，系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間增加。 假設(shè)模型沒(méi)有誤差，即 )()( sGsG pm ? ,將式 ()和式 ()代入式 ()，可得 )()](1[)()()( sDsfGsfRsGsY mm ?? ??? () 當(dāng)無(wú)擾動(dòng)且設(shè)定值變化時(shí)，即 0)( ?sD ， 0)( ?sR ,此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 fsGsR sY m )()( )( ?? () 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 14 式 ()表明濾波器 f 與閉環(huán)性能直接相關(guān)。添加濾波器 f ，通過(guò)選擇 r 可使)(sGc 的分母階次大于或等于分子的階次，從而保證 )(sGc 是物理可實(shí)現(xiàn)的，而且是穩(wěn)定的。 針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)內(nèi)?？刂破鲿r(shí)可先將過(guò)程模型分解如下： )()()( sGsGsG mmm ??? () 式中?mG包含了所有的純滯后和右半平面的零點(diǎn)，并規(guī)定其穩(wěn)態(tài)增益為 1，令 fGsG mc?? 1)(