【正文】 nd 提出的繼電反饋法。該方法需要做穩(wěn)定邊界實驗，在閉環(huán)系統(tǒng)中控制器只用比例作用，給定值作階躍擾動，從較大的比例帶開始，逐漸減小，直至被控量出現(xiàn)臨界振蕩為止，記下臨界振蕩周期和臨界比例帶。然后按照經(jīng)驗公式確定 PID 參數(shù)。 控制系統(tǒng)的 PID參數(shù)整定 (1)衰減曲線法。考慮到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負反饋，檢測上水箱液位，將液位信號送至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。當對象是單水箱時，通過不斷調整 PID 參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達到比較好的效果。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) 12max( , )T T T? ，故總體反應要較單一的一階環(huán)節(jié)慢的多。令 Qi=ku，對液位 h 則控制系統(tǒng)過程傳遞函數(shù)為： ? ?? ?2212()() ( ) 1 1h S k RGs u s T s T s?? ?? （ 27） 由上述分析可知，該過程傳遞函數(shù)為二階慣性環(huán)節(jié)，相當于兩個具有穩(wěn)定趨勢的一階自平衡系統(tǒng)的串聯(lián)，因此也是一個具有自平衡能力的過程。容器 2 的液位也不會影響容器 1的液位，兩容器無相互影響。上述流程中由于只有一個水槽，且輸出參數(shù)為液位，所以稱 為單容液位對象。 雙容水箱數(shù)學模型的建立 單容水箱數(shù)學模型的建立 單容液位過程控制如下： 圖 21 畢業(yè)設計論文 7 此容器的流出閥為手動閥門，流量 1Q 只與容器 1的液位 h有關。 本設計采用機理法進行建模。 7） 模型應用 應用方式因問題的性質和建模的目的而異。如果模型與實際較吻合，則要對計算結果給出其實際含義，并進行解釋。 5） 模型分析 對所得的結果進行數(shù)學上的分析。 3）模型建立 畢業(yè)設計論文 6 在假設的基礎上，利用適當?shù)臄?shù)學工具來刻劃各變量之間的數(shù)學關系，建立相應的數(shù)學結構（盡量用簡單的數(shù)學工具）。用數(shù)學語言來描述問題。數(shù)學建模是聯(lián)系數(shù)學與實際問題的 橋梁，是數(shù)學在各個領域廣泛應用的媒介，是數(shù)學科學技術轉化的主要途徑，數(shù)學建模在科學技術發(fā)展中的重要作用越來越受到數(shù)學界和工程界的普遍重視，它已成為現(xiàn)代科技工作者必備的重要能力。要通過調查、收集數(shù)據(jù)資料，觀察和研究實際對象的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，抓住問題的主要矛盾，建立起反映實際問題的數(shù)量關系，然后利用數(shù)學的理論和方法去分析和解決問題。 數(shù)學建模的過程 應用數(shù)學去解決各類實際問題時，建立數(shù)學模型是十分關鍵的一步，同時也是十分困難的一步。 不論是用數(shù)學方法在科技和生產(chǎn)領域解決哪類實際問題，還是與其它學科相結合形成交叉學科，首要的和關鍵的一步是建立研究對象的數(shù)學模型，并加以計算求解。數(shù)學模型一般并非現(xiàn)實問題的直接翻版，它的建立常常既需要人們對現(xiàn)實問題深入細微的觀察和分析，又需要人們靈活巧妙地利用各種數(shù)學知識。 本文主要研究內(nèi)容：串級控制的原理；基本 PID 算法；串級控制的優(yōu)點及適用場合；雙容水箱液位控制實驗； Matlab Simlink 軟件。為了使液位的控制達到一定的精 度，并且具有較好的動態(tài)性能，采用了區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式的串級控制。如在化工生產(chǎn)過程中，鍋爐液位的穩(wěn)定性及快速性直接影響到成品的質量；在建材行業(yè)中，玻璃爐窯液位的穩(wěn)定性對爐窯的使用壽命及產(chǎn)品的質量起著決定性的作用；民用水塔的供水，如果水位太低，則會影響居民的生活用水；工礦企業(yè)的排水與進水制得當與否，關系到車間的生產(chǎn)狀況；鍋爐汽包液位過低，會使鍋爐過熱，可能發(fā)生事故；精餾塔液位控制，控制精度與工藝的高低會影響產(chǎn)品的質量與成本等。液位控制一般指對某控制對象的液位進行控制調節(jié)，使其達到所要求的控制精度。這兩種分接口使光電開關內(nèi)部光接受晶體所吸收的反射光強度不同，即對應兩種不同的開關狀態(tài)，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。 光線在兩種介質的分接口將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。且比較加入智能型控制后的系統(tǒng)與傳統(tǒng) PID 是否會有性能上的差異。 液位控制的前景 在構建液位控制系統(tǒng)的過程中，我們得知實際操作的變異性存在其中，因此如何分析、調整及改良便是我們?nèi)蘸笏氐囊c。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。凡舉蓄水池 ,污水處理場等都需要液位元的控制 .如果能通過一定的系統(tǒng)來自動維持液位的高度那么操作人員便可輕易地在操作時獲知真?zhèn)€設備的儲水狀況 ,如此不但工作人員工作的危險性 ,同時更提升了工作的效率及簡便性 . 液位控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應用已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器來講，同國外的日本、美國、德國 等先進國家相比，仍然有差距。 而控制的概念更是應用在許多生活周遭的事物上。 近幾十年來，液位控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在其研究和發(fā)展上也已趨于完備。但由于其時滯性很大、具有時變性和非線性等因素，嚴重影響 PID控制的效目前，已經(jīng)開發(fā)出來的控 制策略（算法）很多，但其中許多算法仍然只是停留在計算機仿真或實驗裝置的驗證上，真正能有效地應用在工業(yè)過程中的并有發(fā)展?jié)摿Φ娜詾閿?shù)不多。對于此類問題，傳統(tǒng)的 PID 控制方式顯得無能為力。對于簡單的線性、時不變系統(tǒng)，數(shù)學模型容易建立，采用 PID 控制能夠取得滿意的控制效果。 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目 前在實際生產(chǎn)中應用的液位控制系統(tǒng)，主要以傳統(tǒng)的 PID 控制算法為主。也有不能趨向平衡，被控量一直變化而不能穩(wěn)定下來的，這就是具有積分的對象。 3)控制系統(tǒng)較復雜 從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設備的設計制造都力求生產(chǎn)過程進行平穩(wěn)，參數(shù)變化不超出極限范圍，也不會產(chǎn)生振蕩，作為被控對象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。 2)對象特性的非線性 對象特性大多是隨負荷變化而變化，當負荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。液位過程參數(shù)的變化不但受到過程內(nèi)部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過程的參數(shù)一般不止一個，在過程中的作用也不同，這就增加了對過程參數(shù)進行 控制的復雜性，或者控制起來相當困難，因此形成了過程控制的下列特點： 1)對象存在滯后 熱工生產(chǎn)大多是在龐大的生產(chǎn)設備內(nèi)進行，對象的儲存能力大，慣性也較大，設備內(nèi)介質的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，并且往往具有自動轉向平衡的趨勢。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 過程控制的特點 液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。由于液位檢測應用領域的不同，性能指標和技術要求也有差異，但適用有效的測量成為共同的發(fā)展趨勢，隨著畢業(yè)設計論文 2 電子技術及計算機技術的發(fā)展，液位檢測的自動控制成為其今后的發(fā)展趨勢，控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤 ，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性。 人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題，因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)?？刂评碚摰难杆侔l(fā)展，出現(xiàn)了許多先進的控制算法。但是隨著工業(yè)和現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各個領域中自動控制系統(tǒng)對控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高，應用范圍也更加廣泛。從控制理論解決的問題而論，很多重大的、根本的問題，如可控性、可觀測性、穩(wěn)定性等系統(tǒng)的基本性質，控制系統(tǒng)的綜合方法等在傳統(tǒng)控制中都建立了比較 完善的理論體系。兩個串連的單容對象構成的雙容對象就比較典型。在熱工生產(chǎn)與傳輸質量或能量的過程中，存在著各種形式的容積和阻力，加上對象多具有分布參數(shù)，好像被不同的阻力和容積相互分隔著一樣。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進的液位控制方法和策略。另外，在這些生產(chǎn)領域里，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的損失。 Jing flow, liquid level control tower control accuracy and level of the craft can influence the quality of the products and the cost, etc. In these production field, are basically labor strength or the operation has certain risk nature of work , extremely prone to accidents caused by operating error, the losses, killing manufacturer, Visible, in actual production, liquid level control accuracy and control effects directly affect the factory production cost and economic benefit of safety coefficient. Even equipment so, in order to ensure safety, convenient operation, you have to research the development of advanced level control methods and strategies. In the design of the tank as a research object in liquid level control system, amount of liquid level in the tank to be controlled, selected the outlet valve bodies in the implementation of a control system. Establishment of the PID control algorithm of liquid level. Although the PID control is one of the most widely used in control systems control algorithms. But to get good control of effects, the determination of PID control parameters must be reasonable, so that it has a reasonable mathematical model. The graduation design topic is the liquid level control system based on matlab\simulink control. Among them was controlled object for tank level, matlab is mainly used in the simulation test. In modern industry level control of important ponent, it influence upon production not allow to ignore, in order to