雙容水箱PID分析

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1、雙容水箱PID分析PID是控制系統(tǒng)中的重要參數(shù)，指控制方式，指輸出與輸入之間的響應方式。PID調(diào)節(jié)器。工程上常常用在閉環(huán)系統(tǒng)中加入PID環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進行修正，以快速的跟蹤變化，消除穩(wěn)態(tài)誤差。以下就比例、積分、微分控制規(guī)律作簡要介紹比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差

2、系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。微分是輸出只對輸入變化部分敏感，特別是輸入有尖峰的時候，輸出劇烈的響應

3、，但輸入不變，不管有多大，輸出就為零，因此，也叫超前調(diào)節(jié)，起加速作用，等效串聯(lián)一個電容其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。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，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象

4、，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。例如直流電機中加入PID調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)快速啟動。當系統(tǒng)中突發(fā)干擾、負載變化或者使用者主動調(diào)速是，PID環(huán)節(jié)可以幫助電機縮減過渡時間、進入新的穩(wěn)定狀態(tài)。液壓控制系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)的主要目的是控制上下水箱的液位。主要干擾源為隨即流入水箱中的水使水位上漲，超過警戒水位；同時出于某種考慮，不能使水位低于某個值?？刂葡到y(tǒng)的原理：單回路系統(tǒng)調(diào)節(jié)，一般使指用一個控制器來控制一個被控對象，其中控制器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構(gòu)。雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)也是一種單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖雙容水箱液位PID

5、控制系統(tǒng)的方框圖在雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測量電路主要功能是測量對象的液位并對其進行歸一化等處理；PID控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設定值和測量值的偏差信號來進行調(diào)節(jié)，從而控制雙容水箱的液位達到期望的設定值。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有在單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)更高要求的情況下，才采用復雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)規(guī)律PID控制是比例、積分、微分控制的簡稱。在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。目前，PID控制仍然是得到最廣泛應用的基本控制方式。常用的ＰＩＤ控制規(guī)律

6、有：Ｐ、ＰＩ、ＰＤ、ＰＩＤ，可根據(jù)被控對象的特點和整個液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖。它由計算機、電動調(diào)節(jié)閥、上水箱、下水箱、液位變送器、變頻器和水泵模塊等組成。電動調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)上水箱的進水量的大小，液位變送器用于檢測上水箱和下水箱的液位。計算機的輸出量用于控制電動調(diào)節(jié)閥的開度。變頻器用于控制水泵進行恒壓供水。液位控制系統(tǒng)的控制目標水箱的液位變化范圍為h=0-300mm，通過合適的控制器，能使被控對象（下水箱）的液位值準、穩(wěn)、快的穩(wěn)定在所給定的液位值上，穩(wěn)態(tài)液位誤差不超過5mm。當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，被控量能迅速恢復到系統(tǒng)原來所要求的液位值。液位控制系統(tǒng)的模型分析在

7、此利用解析法對雙容水箱進行建模。解析法建模的一般步驟為：①明確過程的輸出變量、輸入變量和其他中間變量；②依據(jù)過程的內(nèi)在機理和有關(guān)定理、定律以及公式列寫靜態(tài)方程或動態(tài)方程；③消去中間變量，求取輸入、輸出變量的關(guān)系方程；④將其簡化成空間要求的某種形式，如高階微分（差分）方程或傳遞函數(shù)雙容水箱液位控制系統(tǒng)方案設計首先要確定整個系統(tǒng)的自動化水平，然后才能進行各個具體控制系統(tǒng)方案的討論確定。對于比較大的控制系統(tǒng)工程，更要從實際情況出發(fā)，反復多方論證，以避免大的失誤?？刂葡到y(tǒng)的方案設計是整個設計的核心，是關(guān)鍵的第一步。要通過廣泛的調(diào)研和反復的論證來確定控制方案，它包括被

8、控質(zhì)量的選擇與確認、操控空變量的選擇與確認、檢測點的