【正文】 Ma電源電壓：24V DC 220V AC 執(zhí)行機構執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構(閥),它接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號,并轉換趁直線位移或角位移來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量,從而實現(xiàn)了對過程參數(shù)的控制.QSVP系列智能電動單坐調(diào)節(jié)閥是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,廣泛用于電力,冶金,石油,化工,醫(yī)藥,鍋爐,輕工等行業(yè)的自動控制中.電動執(zhí)行機構接受010mA/420mA/05V/15V等控制信號,改變閥的開度,同時將閥門的隔離信號反饋給控制系統(tǒng),實現(xiàn)對壓力,溫度,流量,液位等參數(shù)的調(diào)節(jié).主要技術參數(shù):輸入信號:010mA/420mADC/05VDC/15VDC輸出信號。安裝、使用簡便。主要技術指標如下：測量范圍：100KPa100Mpa準確度： 電源電壓：24V DC二線、三線；220V AC 四線過載極限：BP900系列液位變送器廣泛應用于石油、海洋、化工等企事業(yè)單位。本系統(tǒng)使用的BP800型壓力傳感器廣泛應用與石油、化工、冶金、建材等企事業(yè)單位，實現(xiàn)對流體壓力的測量，并適用于各種場合全天候環(huán)境及各種腐蝕性液體。 過程儀表介紹 檢測部分在過程控制系統(tǒng)設計中，測量和變送是信息獲取和傳送的重要環(huán)節(jié)，在工程上為了提高控制精度，被控參數(shù)的測量和變送必須迅速正確地反映其實際變化情況，為系統(tǒng)設計提供準確的依據(jù)。本次設計所要實現(xiàn)的儀表控制系統(tǒng)方案中所使用的調(diào)節(jié)器就是一種智能單元組合儀表。到了六十年代以來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對過程控制提出了新的要求；隨著電子技術的迅速發(fā)展，也為自動化技術工具的完善創(chuàng)造了條件，氣動和電動單元組合儀表應運而生。 20世紀50年代前后，一些工廠企業(yè)的生產(chǎn)過程實現(xiàn)了儀表化和局部自動化。,不可能得到與計算機仿真一致的理想曲線和控制性能。 SIMULINK加入擾動仿真框圖 MATLAB加入副回路擾動仿真曲線 MATLAB不加入副回路擾動仿真曲線，引入副回路組成三容水箱液位串級控制系統(tǒng)后能夠很好的克服進入副回路的擾動,。 加入擾動維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應曲線. 經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動信號。 SIMULINK仿真框圖 加入副回路的仿真 在時間為0時對系統(tǒng)加入大小為30的階躍信號，設置主控制器PID參數(shù)KP=6， TI=，TD=120?？紤]到后兩級水箱的輸入是上級水箱的液位輸出，與前面已建立的模型相差一個增益，在下面的仿真實驗中，設該增益為1。 階躍響應性能 在完成了被控對象的數(shù)學模型的建立以及控制系統(tǒng)方案的選擇后，可以在Simulink中對控制方案進行仿真實驗，以驗證方案的可行性和和加深對于PID參數(shù)調(diào)整的定性認識。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減曲線法。二是工程整定方法，又稱實驗法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。 PID控制器參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的重要內(nèi)容，應根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。 積分（I）控制　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。將偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構成控制量，對過程對象進行控制，故稱為PID控制器。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。若采用單回路控制，其系統(tǒng)框圖如下：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥三容水箱檢測變送輸入量輸出量+ 單回路控制系統(tǒng)框圖 由于被控對象為三容水箱系統(tǒng)，為了滿足對控制精度和功能的更高要求，單回路系統(tǒng)已難以滿足此類被控對象，需要在單回路的基礎上，采取其它措施，組成比單回路系統(tǒng)復雜一些的控制系統(tǒng)，三閉環(huán)串級控制系統(tǒng)就是一個選擇。過程建模對于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化具有十分重要的意義。3 控制系統(tǒng)設計及仿真 控制系統(tǒng)的選擇 計算三容水箱液位過程控制系統(tǒng)必須先建立三容水箱的過程模型。)在MATLAB中繪出曲線如下： 下水箱擬合曲線 下水箱模型計算曲線同上，斜率K為P(t)導數(shù)在t=，以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于A點,A點映射在t軸上的B點的值為T。plot (x, y, xi, yi,39。xi=0:3:1500。y=[ ]。階躍響應擾動值為10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值==10之比，所以中水箱傳遞函數(shù)為。39。yi=polyval(p, xi)。p=polyfit (x, y,3)。在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令：x=0:30:420。而斜率K為P(t)導數(shù)在t=，以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于A點,A點映射在t軸上的B點的值為T。39。yi=polyval(p,xi)。p=polyfit(x, y,5)。在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令：x=0:30:540。所以使用MATLAB軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)最小二乘法原理和實驗數(shù)據(jù)對響應曲線進行最佳擬合后，再計算水箱模型。經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時間后,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 記錄階躍響應參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)):171319281420391521410162251117236121824 中水箱階躍響應數(shù)據(jù) ：控制調(diào)節(jié)閥開度,使初始開度OP1=40,等到水箱的液位處于平衡位置時。改變調(diào)節(jié)閥開度至OP2=55,即對上水箱輸入階躍信號,使其液位離開原平衡狀態(tài)。經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時間后,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)?？刂七M水量供水施加階躍輸入信號階躍響應輸出電動磁力泵電動調(diào)節(jié)閥上/中/下水箱 水箱階躍響應框圖 水箱數(shù)據(jù)采集方法介紹： 上水箱階躍響應參數(shù)測定：控制調(diào)節(jié)閥開度,使初始開度OP1=50,等到水箱的液位處于平衡位置時。當下水箱的液位等于給定值，且上、中水箱的液位基本不變時，把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。
為了在實驗時能滿足下水箱液位能達到設定的高度，要求三只水箱放水閥的開度必須滿足下列關系：
上水箱放水閥開度〉中水箱放水閥開度〉下水箱放水閥開度 （1）
這樣，當系統(tǒng)運行與穩(wěn)態(tài)時，三個水箱液位高度關系必然會滿足下列不等式：
下水箱液位〉中水箱液位〉上水箱液位 （2）即滿足上述的不等式后，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時才會出現(xiàn)流量的平衡關系。
產(chǎn)生專門信號的發(fā)生器多種多樣，下面介紹常用的階越響應曲線法來辨識過程的數(shù)學模型。一般來說這種方法只能定性到反映過程數(shù)學模型，其精度較差。加專門信號就是在試驗過程中改變所研究的過程輸入量，對其輸出量進行數(shù)據(jù)處理就可求得過程的數(shù)學模型。只要設計一個合理的實驗，去獲得過程所包含的充足的信息量，就可以按照一定的方法得到被控過程的數(shù)學模型，而控制理論已有相關成熟的方案，即工程上普遍采用的階躍響應曲線法。此時，工程上普遍采用試驗法建模。對于一些簡單的被控過程建?？刹捎么朔ā? 而建立過程數(shù)學模型的基本方法，一般來說有機理分析法和試驗法兩種。上水箱尺寸為：d=25cm,h=20cm。上水箱、中水箱和下水箱是系統(tǒng)的被控對象，必須通過測定和計算他們模型，來分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)特性，為其他的設計工作提供依據(jù)。過程建模對于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化具有十分重要的意義。2被控對象建模 設計三容水箱液位過程控制系統(tǒng)必須先建立三容水箱的過程模型。而MATLAB語言就可以求解幾乎所有的數(shù)值問題，在本設計中就將運用它來對采樣數(shù)據(jù)進行插值擬合。而獲得這樣解的最直接方法就是通過數(shù)值解法技術。數(shù)學家往往對數(shù)學問題的解析解和解的存在性嚴格證明感興趣，而工程技術人員一般對如何求出數(shù)學問題的解更關心。 基于MATLAB的數(shù)值處理現(xiàn)代科學與工程的進展離不開數(shù)學。 (4) MATLAB數(shù)學函數(shù)庫 這是對MATLAB使用的各種數(shù)學算法的總稱．包括各種初等函數(shù)的算法，也包括矩陣運算、矩陣分析等高層次數(shù)學算法。 (2) MATLAB工作環(huán)境 這是對MATLAB提供給用戶使用的管理功能的總稱．包括管理工作空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開發(fā)、調(diào)試、管理M文件的各種工具。 MATLAB系統(tǒng)組成(1) MATALB語言體系 MATLAB是高層次的矩陣／數(shù)組語言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結構、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特性。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進行程序設計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作。MATLAB最早發(fā)行于1984年，經(jīng)過10余年的不斷改進，現(xiàn)今已推出基于Windows 2000/xp的MATLAB 。 　　 * 對負荷變化的適應性較強。 　　 * 能迅速克服進入副回路的二次擾動。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。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構成。 　　前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。如果控制系統(tǒng)設計欠妥，會造成生產(chǎn)中對液位控制的不合理，導致原料的浪費﹑產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設計一個良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實際意義。通過液位的檢測與控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當。在工業(yè)實際生產(chǎn)中，液位是過程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油﹑化工﹑環(huán)保﹑水處理﹑冶金等行業(yè)尤為重要。2．過程計算機系統(tǒng)的軟件部分： （1）系統(tǒng)軟件由計算機及過程控制系統(tǒng)的制造廠商提供，用來管理計算機本身資源，方便用戶使用計算機。I/O通道有模擬量通道和數(shù)字量通道。 （3）通用外圍設備包括打印機﹑記錄儀﹑圖形顯示器﹑閃存等，它們用來顯示﹑存儲﹑打印﹑記錄各種數(shù)據(jù)。1．過程計算機系統(tǒng)的硬件部分： （1）由中央處理器﹑時鐘電路﹑內(nèi)存儲器構成的計算機主機是組成計算機控制系統(tǒng)的核心部分，進行數(shù)據(jù)采集﹑數(shù)據(jù)處理﹑邏輯判斷﹑控制量計算﹑越限報警等，通過接口電路向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮系統(tǒng)安全可靠的協(xié)調(diào)工作。在系統(tǒng)中，由于計算機只能處理數(shù)字信號，因而給定值和反饋量要先經(jīng)過A/D轉換器將其轉換為數(shù)字量，才能輸入計算機。因此繼續(xù)采用常規(guī)的調(diào)節(jié)儀表（模擬式與數(shù)字式）已經(jīng)不能滿足對現(xiàn)代化過程工業(yè)的控制要求。現(xiàn)代化過程工業(yè)向著大型化和連續(xù)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也隨之日趨復雜，而對生產(chǎn)質(zhì)量﹑經(jīng)濟效益的要求，對生產(chǎn)的安全、可靠性要求以及對生態(tài)環(huán)境保護的要求卻越來越高。同時新型的分布式控制系統(tǒng)（DCS）集計算機技術、控制技術、通訊技術、故障診斷技術和圖形顯示技術為一體，使工業(yè)自動化進入控制管理一體化的新模式。其后，串級控制，比值控制和前饋控制等復雜過程控制系統(tǒng)逐步應用于工業(yè)生產(chǎn)中，氣動和電動單元組合儀表也開始大量采用，同時電子技術和計算機技術開始應用于過程控制領域，實現(xiàn)了直接數(shù)字控制（DDC）和設定值控制（SPC）。過程控制技術是自動化技術的重要組成部分，普遍運用于石油，化工，電力，冶金，輕工，紡織，建材等工業(yè)部門。它只有一個控制變量，即下水箱液位，屬于單輸入、單輸出控制，通常把它組建為過程儀表控制系統(tǒng)或遠程計算機控制系統(tǒng)。
三容水箱液位定