雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)

《雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、一、設(shè)計(jì)題目雙容水箱液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)如圖所示的兩個(gè)大容量水箱。要求水箱2水位穩(wěn)定在一定高度，水流量經(jīng)常波動(dòng)，作為擾動(dòng)量存在。試針對(duì)該雙容水箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)液位流量串級(jí)控制方案。系統(tǒng)示意圖三、設(shè)計(jì)任務(wù)分析系統(tǒng)建模基本方法有機(jī)理法建模和測(cè)試法建模兩種。由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機(jī)理法建模。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；主被控對(duì)象（水箱2水位）傳遞函數(shù)W1=1/(100s+1)副被控對(duì)象（流量）傳遞函數(shù)W2=1/(10s+1)液位傳感器傳遞函數(shù)為Gm1

2、=1/(0.1s+1)控制器：流量傳感器傳遞函數(shù)為Gm2=1/(0.1s+1)單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模如圖：雙容水箱單閉環(huán)實(shí)施方案如圖：串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖：雙容水箱液位流量串級(jí)系統(tǒng)實(shí)施方案如圖：四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1單回路PID控制的設(shè)計(jì)無干擾情況下：先對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行PID參數(shù)整定，采用衰減曲線法，衰減比為10:1.1、將MATLAB中I參數(shù)調(diào)為0，K為較小值。2、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應(yīng)，階躍響應(yīng)如下圖：周期Ts=34s，K=403、根據(jù)衰減曲線法整定計(jì)算公式，得K1=50，Ti=68s4、使用以上PID整定參數(shù)得到階躍

3、響應(yīng)曲線如下：觀察可知，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善?，F(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)。1、保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：2、保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：現(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力，階躍響應(yīng)曲線如下：觀察以上曲線，并與無干擾時(shí)的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大。由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。2串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主控制器的選擇：選用PI控制規(guī)律副控制器的選擇：選用P控制規(guī)律采用一步整定法（1）

4、在系統(tǒng)純比例作用的情況下，根據(jù)K02/δ2=0.5這一關(guān)系式，通過副過程放大系數(shù)K02，求取副調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)δ2，并將其設(shè)置在副回路調(diào)節(jié)器上。（2）按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，（3）改變給定值，觀察被控量的相應(yīng)曲線，根據(jù)主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1和副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K2匹配原理，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使主參數(shù)品質(zhì)最佳。（4）如果出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調(diào)節(jié)器的比例度δ或增大積分時(shí)間常數(shù)T1，就可以了。根據(jù)下表，可以大致確定副控制器比例帶和增益Kc2先選擇Kc2=3.5然后在副

5、回路已經(jīng)閉合的情況下按單回路控制器參數(shù)整定方法整定主控制器，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動(dòng)，觀察輸出響應(yīng)衰減過程，直到10：1衰減過程為止，根據(jù)δs和TS，由下表的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器的預(yù)整定的參數(shù)值。有噪聲時(shí)，MATLAB仿真如圖無噪聲時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)如圖：比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應(yīng)可知，串級(jí)控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P、I條件下的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線：P=20I=1P=45I=2觀察以上曲線可知，當(dāng)副回路控制器，調(diào)節(jié)

6、時(shí)間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強(qiáng)了，在干擾作用下，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小。五、設(shè)計(jì)總結(jié)六、通過本門課程實(shí)驗(yàn)，以下能力得到了較大的提高：1、了解常過程控制的原理和應(yīng)用，了解了建模的方法2、培養(yǎng)具有綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)來解決實(shí)際問題；3、培養(yǎng)在實(shí)踐中研究問題，分析問題和解決問題的能力；我們必須堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的思想，以實(shí)踐證實(shí)理論，從實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。實(shí)驗(yàn)是我們快速認(rèn)識(shí)和掌握理論知識(shí)的一條重要途徑。