【正文】 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[12] 朱麟章．過(guò)程控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996[13] 蔣慰孫，俞金壽．過(guò)程控制工程[M]．第二版．中國(guó)石化出版社，1999[14] ．Industrail Applications Of Model Based Predictive Control Automatica[J]．1993，29(5)，12511274．[15] MacGregor J F．Online Statistical Process Control[J]．1988，84(10)，2128．[16] Jhon ．Integrated Process Control and Automation[M]．Elsevier Science Publishers B．V，1991．第2章 開(kāi)題報(bào)告基于可編程控制的單容系統(tǒng) 設(shè)計(jì)目標(biāo)單容水箱的液位控制，就是控制進(jìn)水量，使其與出水量相同，控制水箱液位，使其與設(shè)定值相差在177。管路流量上產(chǎn)生的擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致液位出現(xiàn)超調(diào)，被控量在相應(yīng)時(shí)間上落后，由于單回路控制在時(shí)間上滯后較大，所以擾動(dòng)出現(xiàn)后的調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。可以用控制手閥v4的方式模擬流量上產(chǎn)生的擾動(dòng)干擾，從而會(huì)導(dǎo)致液位出現(xiàn)不穩(wěn)定，破壞了穩(wěn)態(tài)。水箱液位可以通過(guò)壓力液位傳感器測(cè)得，手閥v1通道的流量可以測(cè)得，手閥v3是總控制開(kāi)關(guān)，v5是電動(dòng)控制閥。前饋控制是減少被控制動(dòng)態(tài)偏差的最有效的方法之一。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，單獨(dú)使用前饋控制是很難滿足生產(chǎn)工藝要求的。其次，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，一般總有各種干擾，通常不能對(duì)每一個(gè)干擾都用一個(gè)前饋調(diào)節(jié)器實(shí)行前饋控制來(lái)補(bǔ)償，而只能用前饋控制來(lái)補(bǔ)償其中主要干擾的影響；而且，有些干擾往往是難以測(cè)量的，對(duì)于這些干擾就無(wú)法實(shí)行前饋控制。為了克服上訴問(wèn)題，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采用前饋反饋控制系統(tǒng)。利用反饋控制使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被調(diào)參數(shù)等于給定值；而在動(dòng)態(tài)時(shí)，則依靠前饋控制能有效的減少被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差，從而提高控制質(zhì)量。 具體實(shí)現(xiàn)單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器采用PID控制，利用給定信號(hào)與反饋信號(hào)作為偏差，偏差信號(hào)為PID調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，以此來(lái)調(diào)節(jié)液位高度。積分控制作用能消除系統(tǒng)余差，使系統(tǒng)成為無(wú)差系統(tǒng)，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并增加了調(diào)節(jié)時(shí)間。因此PID調(diào)節(jié)器是一種很理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于大部分控制問(wèn)題PID調(diào)節(jié)器都能解決，但是當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷或干擾變化比較劇烈或比較頻繁，或調(diào)節(jié)質(zhì)量要求更高時(shí)，僅采用單回路反饋的PID調(diào)節(jié)方案就不太合適了。水箱液位是通過(guò)壓力液位傳感器測(cè)得，將檢測(cè)到的液位信號(hào)與給定液位值進(jìn)行比較后送入調(diào)節(jié)器，在PLC中經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后，其輸出信號(hào)作為調(diào)節(jié)器——電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)的開(kāi)度信號(hào)，控制進(jìn)水量的大小，從而控制液面高度[9]。在前饋—反饋控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)進(jìn)水支路為擾動(dòng)量，在擾動(dòng)支路中通過(guò)渦輪流量計(jì)檢測(cè)支路進(jìn)水量，在擾動(dòng)進(jìn)入水箱改變液位之前，通過(guò)前饋補(bǔ)償器的計(jì)算減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使液位不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的改變，使擾動(dòng)在產(chǎn)生偏差之前消除偏差。（一）壓力液位傳感器 KYB18G01M1P1C2擴(kuò)散硅壓力變送器采用無(wú)中介液的壓力測(cè)量技術(shù)，發(fā)揮了傳感器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使變送器具有優(yōu)異的性能。KYB18G01M1P1C2 擴(kuò)散硅壓力變送器由傳感器和信號(hào)處理電路組成。（二）流量變送器 流量傳感器用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測(cè)。（三）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（1）合理選用閥型和閥體、閥內(nèi)件的材質(zhì)。（2）正確確定控制閥的口徑。（3）選擇合適的流量特性。（4）控制閥的開(kāi)閉形式確定。當(dāng)閥上控制信號(hào)或氣源中斷時(shí)，應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害人員。 綜上所述，采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路的水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刂茊卧c電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。（四）PLC采用西門(mén)子公司的PLC，型號(hào)為s7300。控制臺(tái)左邊為PLC控制器。（一）前饋控制器設(shè)計(jì) 單回路控制器，即PID控制器的傳遞函數(shù)為。前饋控制器的設(shè)計(jì)依據(jù)是不變性原理。為前饋控制器，為過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)，為過(guò)程控制通道傳遞函數(shù)，為系統(tǒng)可測(cè)不可控?cái)_動(dòng)，為被控參數(shù)。圖 22 前饋—反饋控制系統(tǒng)原理圖由圖22知，在擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出為：　 　 　 （2．1）上式中，等式右方第一項(xiàng)是擾動(dòng)量對(duì)被控量的影響；第二項(xiàng)是前饋校正作用，第三項(xiàng)是反饋校正作用。 設(shè)對(duì)象干擾通道和控制通道的傳遞函數(shù)分別為 = = 經(jīng)推導(dǎo)可 =—= （2．4）式中，= 為靜態(tài)放大系數(shù)； 微分方程為 （2．5） 若選擇采樣頻率足夠高，也即采樣周期足夠短，則可對(duì)微分方程離散化，得到差分方程為 （2．6）式中，取整整理得 （2．7）式中，；；靜態(tài)前饋控制只能保證被調(diào)參數(shù)的靜態(tài)偏差接近或等于零，而不能保證被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差接近或等于零。動(dòng)態(tài)前饋控制必須根據(jù)過(guò)程干擾通道和控制通道的動(dòng)態(tài)特性，采用專用前調(diào)節(jié)器[13]。當(dāng)T1T2時(shí)，前饋補(bǔ)償具有超前特性，適用于控制通道滯后（指時(shí)間常數(shù)）大于干擾通道滯后的對(duì)象。這種模型可較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的補(bǔ)償，目前得到廣泛的應(yīng)用?？刂扑惴ǔ绦蛄鞒虉D如圖23所示：圖 23 控制算法流程圖（二）PID控制算法 PID控制算法采用增量式算式，增量算式帶來(lái)如下優(yōu)點(diǎn)： ，誤動(dòng)作影響少。因而增量算法易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。其控制算式如下： ， 上述算式中，為比例系數(shù)，為積分時(shí)間，為微分時(shí)間，以作為計(jì)算機(jī)當(dāng)前的輸出值，以作為給定值，作為反饋值，即A/D設(shè)備的轉(zhuǎn)換值，作為偏差[11]。當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)工作方式為自動(dòng)時(shí)，可以設(shè)置水箱液位高度，通過(guò)PID控制器的設(shè)置，控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而保持水箱的液位高度穩(wěn)定。如果反饋值小于設(shè)定值，通過(guò)反作用方式控制器時(shí)控制器的輸出為負(fù)，減小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使水箱液位減小，同樣能保證管路流量保持穩(wěn)定值不變。如果反饋值小于設(shè)定值，通過(guò)反作用方式控制器時(shí)控制器的輸出為負(fù)，減小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使水