【正文】 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 PID控制規(guī)律為 ： 或以傳遞函數(shù)形式表示： 式中， KP:比例系數(shù) TI:積分時(shí)間常數(shù) TD:微分時(shí)間常數(shù) PID控制器各控制規(guī)律的作用如下： （ 1）比例控制（ P）：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。但當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 （ 2）積分控制（ I）：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。 這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使 穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。特別對(duì)于有較大慣性或滯后環(huán)節(jié)的被控對(duì)象，比例積分控制能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 PID控制系統(tǒng)參數(shù)的整定 PID控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類： 一是理論計(jì) 算整定法。由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過程數(shù)學(xué)模型只能近似反映過程動(dòng)態(tài)特，理論計(jì)算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后 調(diào)整與完善。主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制主對(duì)象。主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的設(shè)定值 R，他的輸出 m1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) c2. 通過針對(duì)雙容水箱液位被控過程設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，將努力使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)的被控制量等于給定值，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，并且使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，較塊的響應(yīng)速度。 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 11 圖 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 (1) 被控參數(shù)的選擇 應(yīng)選擇被控過程中能直接反映生產(chǎn)過程能夠中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測(cè)量的參數(shù)。如果其調(diào)節(jié)欠妥當(dāng)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的失敗 ,且現(xiàn)在對(duì)于液位的測(cè)量有成熟的技術(shù) 和設(shè)備，包括直讀式液位計(jì) 、 浮力式液位計(jì) 、 靜壓式液位計(jì) 、 電磁式液位計(jì) 、 超聲波式液位計(jì)等。調(diào)節(jié)這兩個(gè)流量都可以改變液位的高低。所以選擇流入系統(tǒng)的流量作為控制參數(shù)更合理一些。副回路應(yīng)對(duì)于包含在其內(nèi)的二次擾動(dòng)以及非線性參數(shù)、較大負(fù)荷變化有很 強(qiáng)的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力。下水箱容量滯后與上水箱相比較大，而且控制下水箱液位是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題，所以選擇主對(duì)象為下水箱，副對(duì)象為上水箱。為了實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，主調(diào)節(jié)器選擇比例積分微分控制規(guī)律(PID)，對(duì)下水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器選擇比例控制率 (P)，對(duì)上水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并輔助主調(diào)節(jié)器對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行控制，整個(gè)回 路構(gòu)成雙環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，前饋 — 反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。系統(tǒng)動(dòng)力支路分兩路：一路由三（ 380V交流）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由 日本三菱變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（ 220V 變頻）、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。 先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以通過閥 F1磁力泵、 F1 F18流至下水箱。兩個(gè)支路的流量傳感器分別為 FT1與 FT2。Sn=33。ADDR=1。dil=0。CF=8。 diH=100。 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥使用：電動(dòng)閥上電后切不可用手來(lái)旋轉(zhuǎn)黑色手輪，斷開控制信號(hào)后，閥位有保持功能，也不可旋轉(zhuǎn)手輪，只有在斷開 AC220V后，才可使用手動(dòng)，在一般情況下無(wú)須手動(dòng)。 六．結(jié)果與分析 現(xiàn)用控制變量法，分別改變 P、 I、 D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。 保 持 P、 D參數(shù)為定值，改變 I參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下： 參數(shù)： K1=12， T I=700， Td= 圖 63單回路 MATLAB仿真階躍響應(yīng)曲線波形圖 參數(shù)： K1=12， Ti=1， Td=1 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 15 圖 64單回路 MATLAB仿真階躍響應(yīng)曲線波形圖 比較不同 I 參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可知，隨著 Ti 的減小，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。 經(jīng)過多組驗(yàn)證，最后得出，當(dāng)參數(shù)： K1=， Ti=1500， Td=0. 1時(shí)，系統(tǒng)比較完善，其仿真如下圖 圖 67單回路 MATLAB仿真階躍響應(yīng)曲線波形圖 得出：調(diào)節(jié)時(shí)間 ts =9s，超調(diào)量σ %=4%, 靜態(tài)誤差 ess = 可見，穩(wěn)態(tài)誤差沒有達(dá)到要求。通過理論和實(shí)踐相結(jié)合，使得 本 科大學(xué)期間所學(xué)到的各方面知識(shí)得以融會(huì)貫通。設(shè)計(jì)中，不但需要去全面掌握理論知識(shí)，了解個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，更重要的是要懂得如何去根據(jù)不同的情況選擇不同的控制系統(tǒng)。 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 18 八．參考文獻(xiàn) 戴先中 .過程控制工程 .[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 王俊杰 .過程檢測(cè)與儀器儀表 .[M].北京：武漢理工大學(xué)出版社 林梅金、張彩霞、肖紅軍 .過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 .[M].佛山：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)用紙 19 附錄：實(shí)驗(yàn)總圖