【正文】 生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當。雖然是采用傳統(tǒng)的串級PID控制的方法，但是將利用數(shù)據(jù)采集模塊和計算機控制來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的組建，努力使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因為之前學的自控原理似乎完全是在學數(shù)學而已。所以在仿真的時候我也是用試的方法來確定參數(shù)。在設(shè)計中充分利用自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)和自動控制技術(shù)，以實現(xiàn)對水箱液位的串級控制。其次，根據(jù)被控對象模型和被控過程特性設(shè)計串級控制系統(tǒng)，采用動態(tài)仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)的性能進行分析。最后，借助數(shù)據(jù)采集模塊﹑設(shè)計并組建遠程計算機過程控制系統(tǒng)，完成控制系統(tǒng)實驗和結(jié)果分析。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，常常需要對某些設(shè)備和容器的液位進行測量和控制。通過控制計算機可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運行過程，即時地監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 在液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計中展開設(shè)計控制系統(tǒng)及工程實現(xiàn)的工作。 在設(shè)計控制系統(tǒng)的過程中，將利用到MATLAB軟件，以下將對它們的主要內(nèi)容進行說明。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 。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進行程序設(shè)計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作。MATLAB系統(tǒng)由五個主要部分組成：(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(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特性。 (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。 (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。 MATLAB還具有根強的功能擴展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。MATLAB的仿真工具箱（Simulink）提供了交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。二．被控對象建模在控制系統(tǒng)設(shè)計工作中，需要針對被控過程中的合適對象建立數(shù)學模型。被控對象的數(shù)學模型（動態(tài)特性）是指過程在各輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學表達式。上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(shè)計工作提供依據(jù)。上水箱尺寸為：d=25cm,h=20cm。Q112Q2Ah 系統(tǒng)中上水箱和下水箱液位變化過程各是一個具有自衡能力的單容過程。液位h越高，水箱內(nèi)的靜壓力增大,Q2也越大。若Q1作為被控過程的輸入量，h為其輸出量，則該被控過程的數(shù)學模型就是h與Q1之間的數(shù)學表達式。由流體力學可知，液位h與流量之間為非線性關(guān)為了簡便起見，做線性化處理得 Q2=△h/R2，經(jīng)拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數(shù)為W0(s)=H(s)/Q1(s)=R2/(R2Cs+1)=K/(Ts+1)注：△Q1 ﹑△Q2﹑△h:分別為偏離某一個平衡狀態(tài)Q10﹑Q20﹑h0的增量。通過磁力驅(qū)動泵供水，手動控制電動調(diào)節(jié)閥的開度大小,改變上水箱/下水箱液位的給定量，從而對被控對象施加階躍輸入信號，記錄階躍響應(yīng)曲線。(2) 通過在MCGS監(jiān)控軟件組建人機對話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開度,控制水箱進水量的大小，從而改變水箱液位，實現(xiàn)對被控對象的階躍信號輸入。改變調(diào)節(jié)閥開度至OP2=60,即對上水箱輸入階躍信號,使其液位離開原平衡狀態(tài)。 記錄階躍響應(yīng)參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)):1713192814203915214101622511172361218242．下水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測定：按圖連接實驗線路,手動操作調(diào)節(jié)器,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。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)。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(yīng)曲線進行最佳擬合后，再計算水箱模型。3．求取上水箱模型傳遞函數(shù)在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令： x=0:30:420； y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:420； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。)。數(shù)據(jù)點與曲線基本擬合。根據(jù)曲線采用切線作圖法計算上水箱特性參數(shù)，當階躍響應(yīng)曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，需確定K和T。(0)= ,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。r39。在MATLAB中繪出曲線如下：注：圖中曲線為擬合曲線，圓點為原數(shù)據(jù)點。如圖所示，利用四階多項式近似擬合下水箱的響應(yīng)曲線，得到多項式的表達式P(t)= (011)t4+(e008)t3 +.根據(jù)曲線采用切線作圖法計算下水箱特性參數(shù)，當階躍響應(yīng)曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，(t)在t=0的導數(shù)P`(0)=,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。在實驗建模的過程中，實驗測取的被控對象為廣義的被控對象，其動態(tài)特性包括了調(diào)節(jié)閥和測量變送器，即廣義被控對象的傳遞函數(shù)為，為調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，Gm(s)為測量變送器的傳遞函數(shù)。選擇正確的設(shè)計方案才能使先進的過程儀表和計算機系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮良好的作用。先進的PID控制方案和智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，并且在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。y(t)++r(t) 比例P積分I微