【正文】 數(shù)的有效性；（2）采用調(diào)節(jié)器自整定方法整定 PID 參數(shù)，并驗證其有效性。因此，前饋控制提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)時間大大減?。s為） ，最大動態(tài)偏差減?。s為 ） ，單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計186 實驗室水箱實驗報告 壓力單閉環(huán)實驗 實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握壓力單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成。將前饋斷開，得仿真曲線如附圖 3 所示，系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此前饋反饋控制可以提高系統(tǒng)性能，減小調(diào)節(jié)時間，減小最大動態(tài)偏差，減小對象純遲延時間對系統(tǒng)性能的影響。單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計16圖 20 串級控制仿真曲線 Qd=0在 時加入擾動 ，仿真結(jié)果如下圖所示，由圖可知，系統(tǒng)160st?350cmdQ?能已知階躍擾動，實現(xiàn)無靜差控制，但超調(diào)量很大，調(diào)節(jié)時間很長。采用串級控制可提高系統(tǒng)性能，減小調(diào)節(jié)時間，減小最大動態(tài)偏差，減小對象純遲延時間對系統(tǒng)性能的影響。擾動 ，350cmdQ?,.s,????圖 18PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，D=，Qd=5000cm3由圖可知，繼續(xù)比例帶 ，可使調(diào)節(jié)時間進一步減小，大約為 5s，偏差減小，?系統(tǒng)響應(yīng)加快。?1S02單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計12（2） 、工程整定方法：如表 1 得， ，,.82s,????圖 15PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/，D=，Qd=0可得 == IDyyyT T??????， ， ， ， ，（3） 、性能指標(biāo)：擾動 ，350cmdQ?0.,.s,.ID??圖 16PID 控制仿真曲線 P=1/，I=1/，D=，Qd=5000cm 3同比例積分控制，比例積分微分控制對擾動的抑制作用很差，需要很長時間才單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計13能消除偏差，因此加大積分的作用，減小積分時間 ，減小比例帶，增加微分時IT間，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。圖中每條曲線代表某一規(guī)定的衰減率 ，??制器的一組整定參數(shù)。 239。 239。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??， (34)1 39。1S0（2） 、工程整定方法：衰減曲線法如表 1 得，擾動 ， ，得仿真曲線如下dQ?,???單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計9圖 10PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=0可得 ==.3ss IyyyTT???????， ， ， ，（3） 、性能指標(biāo)：擾動 ，30cmdQ??，圖 11PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3對擾動的抑制作用很差，需要很長時間才能消除偏差，因此加大積分的作用，減小積分時間 ，增大比例增益，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度IT擾動 ，350cmdQ?=.01sIT???，單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計10圖 12PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3由圖可知，減小了積分時間 后，調(diào)節(jié)時間大大縮短，大約為 15s，能在較短IT的時間內(nèi)接近穩(wěn)態(tài)值擾動 ，350cmdQ?=.01sI???，圖 13PI 控制仿真曲線 P=1/，I=1/ ，Qd=5000cm 3由圖可知，繼續(xù)比例帶 ，可使調(diào)節(jié)時間進一步減小，大約為 9s，偏差減小，?系統(tǒng)響應(yīng)加快。圖中每條曲線代表某一規(guī)定的衰減率，等衰減曲線上的每一點的坐標(biāo)代表控制器的一組整棟參數(shù)。39。39。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??，(33)39。圖 7 積分控制仿真圖 I=1/20，Qd=0在 時加入擾動 ，得仿真曲線：由圖可知，系統(tǒng)能抑制階50st?350cmdQ?躍擾動，實現(xiàn)無靜差控制，但超調(diào)量很大，調(diào)節(jié)時間很長。01IT?（2） 、性能指標(biāo)：積分控制系統(tǒng)仿真框圖：圖 6 積分控制仿真圖 I=1/20對積分控制系統(tǒng)進行參數(shù)整定： ； ，得仿真曲線如下圖所示。s1(,)marctnspsSMm?????????則由式(32)可解得 ，再由 ，可得到 （積分速度） ，進而s2039。 ()()(1)30)pvpmGssGs????令 ，??，(32)2039。將波形數(shù)據(jù)350cmdQ?通過“To Workspace”輸出到 Matlab 工作區(qū)進行計算，可得 時，???控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)如下：衰減率： ?最大動態(tài)偏差：殘余偏差：y1y1y1Ts單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計6調(diào)節(jié)時間： 6s絕對誤差積分 IAE：結(jié)論：有差控制，對小的干擾由較好的抑制作用，能夠在較短的時間內(nèi)達到新的穩(wěn)態(tài)值。s?39。39?？紤]水位只在其穩(wěn)態(tài)值附近的小范圍內(nèi)變化，故可得以下近似 012oRH??于是式（26 ）可化為 01()2idQtF??如果各變量都以自己的穩(wěn)態(tài)值為起算點，則可去掉上市中的增量符號，得 01()2idHHtR?Laplace 變換得： 01()()2isQsF?假設(shè)液位的初始值為 ，代入數(shù)據(jù)得單容水箱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型06Hcm?11()(()2* Hs?被控對象傳遞函數(shù)為 ().301psGQ??假設(shè)調(diào)節(jié)閥為一階慣性環(huán)節(jié)，于是得單容水箱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖Gc( s )uQi( s ) H ( s )R ( s )Y ( s )E ( s )Qd( s )—+Δ Q ( s )1vKT? ?m圖 3 單容水箱系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖(26)(27)(28)(210)(211)(29)(212)單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計43 單閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 328cm/s*A1/cm 1sv vKKT????， ， 假 設(shè) 比例控制系統(tǒng)設(shè)計圖 4 比例控制仿真圖（1） 、理論整定方法：廣義被控對象為 39。電子版命名方法為：學(xué)號+姓名 .rar單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計1內(nèi)分 2 個目錄：\document 用于存放文檔；\simulation 用于存放仿真文件；每次提交的時候， 將整個文件夾壓縮后電子郵件至 .單容水箱控制系統(tǒng)設(shè)計22 單容水箱系統(tǒng)建模單容水箱系統(tǒng)的傳遞方框圖如所示Gc( s ) Gv( s ) Gp( s )Gms )uQi( s ) H ( s )R ( s )Y ( s )E ( s )Qd( s )—+Δ Q ( s )圖 2 單容水箱系統(tǒng)的傳遞方框圖在任何時刻水位的變化均滿足物料平衡方程 [5] 1()idodHQtF??? ?其中 ik?? oHQRF 為水槽的橫截面積， F=1000cm2； 為決定于閥門特性的系數(shù)，可以假定它k?是常數(shù)； 是與負載閥的開度有關(guān)的系數(shù)，在固定不變的開度下， 可視為常數(shù)，R RR=； 為調(diào)節(jié)閥開度，控制水流入量 ，由控制器 LC 控制；Kv 為閥門?i靜態(tài)增