【正文】 值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。?采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)主、副控制器參數(shù)，使控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。在PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，記錄10組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）來(lái)說(shuō)明你的調(diào)試過(guò)程，并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因。?打開(kāi)旁路干擾閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）；并和（1）中?的控制質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，分析并說(shuō)明控制質(zhì)量變化的原因。?畫出此前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義；說(shuō)明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能；分析該控制系統(tǒng)和液位單回路控制系統(tǒng)相比有哪些變化，這些變化會(huì)使得該系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)。?采用簡(jiǎn)化模型代替前饋控制器，利用Matlab仿真軟件調(diào)節(jié)前饋控制器參數(shù)，使得副回路進(jìn)水流量發(fā)生劇烈變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。 3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過(guò)程建模 描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)圖及語(yǔ)言描述）。 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有著共同的特征，它們均有四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。確定過(guò)程的輸入變量和輸出變量 如下圖所示，流入水箱的流量是由進(jìn)料閥1來(lái)控制的；流出水箱的流量取決于水箱液位L和出料閥2的開(kāi)度，而出料閥的開(kāi)庫(kù)是隨用戶的需要而改變的。本設(shè)計(jì)以進(jìn)料流量作為輸入變量。圖33 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模式 關(guān)閉副管道回路控制系統(tǒng)，利用主管道將系統(tǒng)工作模式切換至手動(dòng)方式，控制上水箱液位。 突然改變閥的開(kāi)度，模擬給定階躍變化，觀察上主管道流量變化情況。粉色曲線為電磁流量曲線，通過(guò)放大可以近似為無(wú)滯后一階慣性模型。確定靜態(tài)放大系數(shù)：利用所測(cè)取的階躍響應(yīng)曲線估計(jì)并繪出被控量的最大穩(wěn)態(tài)值，如圖35所示，放大系數(shù)為： （）確定時(shí)間常數(shù)：因?yàn)?，所以響?yīng)曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)，同理響應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間是2倍時(shí)間常數(shù)，即。 ()T0時(shí)刻電磁流量值： ()可以對(duì)應(yīng)查找t1(%)的值如下表所示表1 電磁流量T0時(shí)刻表電磁流量t0(0%)t1(%)時(shí)刻04:04:1304:04:21由此可以計(jì)算出T0的值： ()綜上所述，得出進(jìn)水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： () 進(jìn)水流量和上水箱液位模型 如圖2黃色曲線為上水箱液位高度曲線，同樣可以看出上水箱液位和主管道流量同樣滿足一階慣性環(huán)節(jié)?？梢杂?jì)算出： ()同時(shí)可以計(jì)算出T0時(shí)刻電磁流量值： ()可以對(duì)應(yīng)查找h1(%)的值如下表所示：表2 上水箱液位T1時(shí)刻表上水箱液位h0(0%)h1(%)時(shí)刻04:04:1304:06:53由此可以計(jì)算出T0的值： ()綜上所述，得出進(jìn)水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： () 副回路流量與上水箱液位數(shù)學(xué)模型關(guān)閉主管道回路控制系統(tǒng)，利用副管道將系統(tǒng)工作模式切換至手動(dòng)方式，控制上水箱液位。 突然改變變頻器輸出為35Hz，模擬給定階躍變化，觀察上主管道流量變化情況。上水箱液位和進(jìn)水流量液位之間的模型為： ()但是上水箱液位時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流量的時(shí)間常數(shù)，即，所以模型可以近似為一階慣性模型： () 電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值h(0)=，副管道進(jìn)水流量近似為階躍響應(yīng)，計(jì)算其幅值時(shí)可以把變頻器輸出最大值和最小值換算成100%的階躍 ()重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h()=。 ()第二，、可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線上的兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定，如圖5所示：圖38 S狀階躍響應(yīng)曲線首先讀取和所對(duì)應(yīng)的時(shí)間和值，測(cè)量時(shí)刻如下表:表3 雙容下水箱液位時(shí)刻表下水箱液位h0(0%)h1(40%)h1(80%)時(shí)刻04:04:1304:08:1104:12:43由此可以計(jì)算出。計(jì)算，可采用下式所示的二階環(huán)節(jié)近似，即： ()此時(shí)，時(shí)間常數(shù)為： () 綜上所述可知雙容水箱串級(jí)下水箱液位與進(jìn)水流量模型為 () 在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，上水箱測(cè)量值的曲線產(chǎn)生毛線，我們及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)可能是因?yàn)榫€路松動(dòng)造成的，重新接線后，就解決了問(wèn)題。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)PID控制器參數(shù)整定，進(jìn)一步熟悉了過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。上水箱液位控制過(guò)程之前已經(jīng)建立過(guò)模型，其傳遞函數(shù)為： ()系統(tǒng)由于擾動(dòng)作用使被控量偏離了給定值，即產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差大小并按某種控制算法發(fā)出控制信號(hào)送往調(diào)節(jié)閥，以改變閥門開(kāi)度，即改變控制變量，從而克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，使測(cè)量值接近設(shè)定值。 單容水箱控制器PID參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，是指決定調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間的具體數(shù)值，通過(guò)改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其特性和過(guò)程特性相匹配，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，取得最佳的控制效果。此時(shí)的控制器參數(shù)就是所謂的最佳整定參數(shù)。本次課程設(shè)計(jì)中采用經(jīng)驗(yàn)湊試法整定PID參數(shù)，達(dá)到的控制效果滿足控制要求。它能較快地克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，但存在余差。實(shí)驗(yàn)操作時(shí),需要把控制方式切換到自動(dòng)模式，首先設(shè)定積分時(shí)間常數(shù)，微分時(shí)間常數(shù)，比例系數(shù)P從小到大改變以試出比較理想的控制效果。當(dāng)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間短，超調(diào)也很小，所以認(rèn)為此時(shí)比例系數(shù)比較合理。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)步驟，首先將比例度放大10%~20%,取