【正文】 rid on。 G=feedback(G0*Gc,1)。 hold on。 Td=[]。 kp=。 end axis([0 0 ])。 step(G,t)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 13 頁 for i=1:length(Ti) Gc=tf(kp*[1,1/Ti(i)],[1,0])。 t=0::20。 kp=。 axis([0 0 ])。 step(G)。 hold on。 end 在 kp= 時出現(xiàn)等幅振蕩，其臨界比例度 δcr 和臨界振蕩周期 Tcr(相鄰兩個波峰間的時間間隔 )可由下圖 48 讀出： 圖 48 等幅振蕩圖 知 Tcr= 臨界比例度為 δcr=1/ 根據(jù)所得的 Tcr 和 δcr，查下表的經(jīng)驗公式，可以計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)： 表 49 臨界振蕩經(jīng)驗公式 控制規(guī)律 δ(﹪ ) Ti（ s） Td(s) P 2δcr 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 12 頁 PI Tcr/ PID P: δ=2/= PI: δ=, Ti=PID: δ=,Ti=*=, Td=*= 最后 “按先 P 后 I 最后 D”的操作程序?qū)⒖刂破髡▍?shù)調(diào)到計算值上，仿真響應(yīng)曲線如圖所示： P 調(diào)節(jié)代碼： clear all G0=tf(523500,[1 10470 0])。 grid on。 for i=1:length(P) G=feedback(P(i)*G0,1)。 P=[ 1 ]。感覺衰減法的衰減太慢 （如圖 46） ，就用了臨界比例度法。如果三容水箱采用雙閉環(huán)控制，會使系統(tǒng)控制更加復(fù)雜， PID 控制器不好設(shè)置，數(shù)學(xué)建模過程更為繁瑣，且系統(tǒng)維護(hù)更難操作。但擾動作用在外環(huán)，則雙環(huán)系統(tǒng)抗擾性能與單環(huán)類似。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 10 頁 三容水箱控制方法 如果三容水箱采用雙閉環(huán)控制，其系統(tǒng)框架圖如下 ： 圖 44 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框架圖 一般認(rèn)為，雙閉環(huán)系統(tǒng)的抗 干 擾性能好于單閉環(huán)。如果 PID 控制器運(yùn)用于控制復(fù)雜過程，可能會出現(xiàn)無論怎樣調(diào)整參數(shù)都無法達(dá)到預(yù)期的控制效果。 (3)當(dāng)誤差 |e|較小時，為保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài) 特性，應(yīng)加大 kp、 T1的取值，同時為避免產(chǎn)生振蕩， TD 的取值應(yīng)和 |ec|聯(lián)系起來。以典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線和誤差曲線為例進(jìn)行分析如下 : 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 9 頁 圖 42 典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 圖 43 典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)誤差曲線 從誤差曲線可以看出 : (1)當(dāng)誤差 |e|較大時，說明誤差的絕對值較大，不論誤差的變化趨勢如何，都應(yīng)該考慮控制器的 kp 取較大值，以提高響應(yīng)的快速性；而為防止因為 |ec|瞬時過大，TD 應(yīng)該取較小的值；為控制超調(diào) T1也應(yīng)該取值很小。 一般的 PID 控制，就是要確定 kp、 T1和 TD 這三個參數(shù)，并在控制過程中對這三個參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)控制。 (3)微分環(huán)節(jié) TD:反映偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。積分作用的強(qiáng)弱取 決于積分時間常數(shù) T1， T1越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，比例系數(shù)過小，會降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時間變長，系統(tǒng)動態(tài)、靜態(tài)特性變壞。自從計算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機(jī)取代模擬計算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計算機(jī)控制系統(tǒng)，不僅可以用軟 件的方法實現(xiàn) PID 控制算法，而且可以利用計算機(jī)的邏輯功能，使 PID 控制算法更加靈活，這就是數(shù)字 PID 控制。 PID 控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 10) 關(guān)閉電腦與控制箱電源。 8) 選擇菜單項 “操作 停止實驗 ”，結(jié)束實驗。 6) 在界面上修改設(shè)定值，選擇菜單項 “操作 開始控制 ”開始控制過程。 4) 初始時，出現(xiàn)系統(tǒng)配置的界面，可以在界面上配置水箱的 AD/DA 通道等。 2) 將電腦與電控箱上電。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 7 頁 主要由以下部分組成： 1）與 IBM PC/AT機(jī)兼容的 PC機(jī)帶 PCI插槽 PCI2020 數(shù)據(jù)采集卡及其驅(qū)動程序 ； 2) 演示實驗軟件 。 3）開關(guān)電源 。 5) 三容水柱 電控箱內(nèi)安裝有如下主要部件： 1) 電磁閥控制器 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 6 頁 第 3 章 三容水箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 三容水箱的原理結(jié)構(gòu) 水箱為三容水箱，系統(tǒng)組成如下圖所示，它包含電控箱、水箱本體及由 AD/DA 數(shù)據(jù)采集卡和普通 PC機(jī)組成的控制實驗平臺等三大部分。 建 立 大 水 箱 液 位 控 制 實 驗 數(shù) 據(jù) 瀏 覽 畫 面 ， 繪 制 出 報 表 。曲線外形類似于坐標(biāo)紙， X軸代表 時間， Y軸代表變量值。組態(tài)王對其提供了強(qiáng)有力的支持和簡單的控制方法。占拒百分比為 0，最大時為 500，占據(jù)百分比為 100。在表示液位的長方形中建立縮放和隱含連接。其中， op2變量為 I/O通訊串口設(shè)備 ICP7024的 DA0通道連接的變量， a變量為程序標(biāo)志變量， set變量為啟動儀表指示變量， opl變量為計算的輸出值變量，大水箱液位 pvl變量為大水箱液位測量值， pvx變量為 測量 前值變量，大水箱液位 SVl變量為大水箱液位給定值， SVl變量為設(shè)定值變量， ei變量為偏差變量， k變量為比例系數(shù)變量， q0變量為比例項變量， ti變量為積分系數(shù)變量， q1變量為積項變量， mx變量為積分前值變量， td變量為微分時間常 數(shù)變量，q2變量為微分項變量。 在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量，變量的集合形象的稱為 “數(shù)據(jù)詞典 ”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 建立數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是 “組態(tài)王 ”最核心的部分。應(yīng)用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)的工具箱和圖庫，繪制組態(tài)控制畫面內(nèi)的各個元器件。然后點(diǎn)擊確定按鈕， ⅢⅡ 出現(xiàn)一個畫面。在工程瀏覽器中，雙擊畫面中的新建，則彈出新畫面對話框，在畫面名稱中輸入 “大水箱液位控制實驗 ”。 設(shè) 計圖形界面 根據(jù)水箱液位檢測和控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)共設(shè)計了多個界面，例如：控制界面、歷史趨勢曲線、實時趨勢曲線、報表等。 數(shù)據(jù)，怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，比如液位等。 因此在用組態(tài)王畫面開發(fā)系編制應(yīng)用程序時，要依據(jù)此過程考慮三個方面。 系統(tǒng)制作過程和系統(tǒng)界面概述 利用組態(tài)王軟件建立應(yīng)用程序的一般過程如下。該實驗裝置既可作為 本科、?？啤⒏呗毟邔＿^程控制課程的實驗裝置，也可作為研究生及科研人員在復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)，智能化控制系統(tǒng)研究等各方面提供物理模擬對象和實驗平臺。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位，壓力等熱工參數(shù)，可同其它控制系統(tǒng)一起來實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制、多變量解耦等各種控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過智能模塊將 液位的檢測量采集到組態(tài)王對應(yīng)變量中，由組態(tài)王統(tǒng)一管理給出系統(tǒng)各部分運(yùn)行趨勢、報表及報警事件，并通過與給定的液位設(shè)定比較來控制入水量。 PROJMANAGER具有很強(qiáng)的管理功能，可用于新工程的創(chuàng)建及刪除，并能對已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。 TOUCHMAK具有先進(jìn)完善的圖形 生成功能，數(shù)據(jù)庫提供多種數(shù)據(jù)類型，能合理地提取控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線，過程記錄、安全防范等重要功能都有簡潔的操作方法。信息窗口是一個獨(dú)立的 Windows應(yīng)用程序，用來記錄、顯示組態(tài)王開發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)在運(yùn)行時的狀態(tài)信息。畫面 的開發(fā)和運(yùn)行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng) TOU CHMAK和工程運(yùn)行系統(tǒng) TOUCHVEW來完成的。在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造，定義外部設(shè)備等工作。本設(shè)計用的是組態(tài)王 。這樣就避免了操作人員到現(xiàn)場的實時監(jiān)視 ，既減少了操作人員的勞動強(qiáng)度，又可以避免意外事故的發(fā)生，同時 可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制。反映了控制現(xiàn)場的狀況，設(shè)計復(fù)雜的動畫顯示現(xiàn)場的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)。因此，本文選用了組態(tài)王 6． 5軟件設(shè)計了水箱液位檢測和控制系統(tǒng)。它們的升級速 度快，服務(wù)好，且采用中文界面，故贏得了日益廣泛的市場。這些軟件的研制時間比較早，功能強(qiáng)大，但價格昂貴。每一個驅(qū)動都是一個 COM對象，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)有了很強(qiáng)的擴(kuò)展性。 組態(tài)王軟件包由工程管理器 ProjManager，工程瀏覽器 TouchExplorer，畫面開發(fā)系統(tǒng) Touchmak(內(nèi)嵌于工程瀏覽器 )和運(yùn)行系統(tǒng) TouchVew四部分組成，具有動畫連接、實時控制、實時曲線與歷史曲線、報警功能、報表等功能。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 2 頁 第 2 章 組態(tài)王系統(tǒng) 組態(tài)王是運(yùn)行在 WindowsXP/NT/2020上的一種開放型的工業(yè)監(jiān)控軟件，窗 體框架結(jié)構(gòu) ,采用多線程、 COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)多時多任務(wù)控制。 (4) 應(yīng)用 PLC 和組態(tài)軟件完成三容水箱液位控制實驗。 (2) 了解 PID 控制的基本概念。使用組態(tài)軟件能夠避開復(fù) 雜的計算機(jī)軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能，高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。因此，目前大多數(shù)工程項目都采用后種方法。一是開發(fā)人員用 VB， VC++等語言編寫復(fù)雜的程序從底層開發(fā)，開發(fā)周期長，通用性差；二是用工控組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)。 隨著控制技術(shù)的發(fā)展，良好的人機(jī)接口 已經(jīng)成為廣大工業(yè)客戶的迫切要求，而在工程項目的實際設(shè)計中，如何提供一個直觀，實時，有效、可靠的人機(jī)接口也日益受到工程人員的高度重視。 上位監(jiān)控部分由三維力控組態(tài)軟件設(shè)計構(gòu)成 ， 可以實現(xiàn)對系統(tǒng)工作的實時監(jiān)控并顯示速度曲線。在實驗時 ， 主要利用 PID 控制三容水箱。本文 利用組態(tài)王軟件對水箱液位實時監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計及測試，具體介紹了該系統(tǒng)的組成、上位機(jī)界面的設(shè)計和測試的結(jié)果。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 I 頁 畢業(yè)設(shè)計說明書 基于 plc 與組態(tài)王軟件三容水箱研究 摘 要 三容水箱是較為典型的非線性時延對象 。 工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成三容水箱的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表性和工業(yè)背景，研究三容水箱的建模及控制具有重要的理論意義及實際應(yīng)用價值。實踐證明，該系統(tǒng)圖形界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，提高了監(jiān)控的質(zhì)量。采取采用臨界比例度法整定 PID 控制器參數(shù) 。 關(guān)鍵詞 ：組態(tài)王；水箱液位；監(jiān)控系統(tǒng)； 三容水箱；模糊 PID 控制 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書