過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)-流量控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　《過(guò)程控制儀表》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　設(shè)計(jì)者

2、</p><p>　　專業(yè)班級(jí) </p><p>　　學(xué)號(hào) </p><p>　　設(shè)計(jì)日期 2013年6月 </p><p><b>　　目錄</b></p><p

3、>　　第一章 過(guò)程控制儀表設(shè)計(jì)的目的意義1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.2 課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用1</p><p>　　第二章 流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2</p><p>　?。?1  流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想2</p><p>　　2.2 流量控制控

4、制系統(tǒng)的控制要求2</p><p>　　2.３ 流量控制系統(tǒng)工藝流程2</p><p>　　２.４ 流量控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　?。?４.1流量控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖4</p><p>　?。保髁繂伍]環(huán)控制系統(tǒng)5</p><p>　　２．流量比值控制5</p>&l

5、t;p>　?。?４.2流量控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試9</p><p>　　3.1 PID控制方式簡(jiǎn)介9</p><p>　　3.2數(shù)字PID位置型控制算法(差分處理)9</p><p>　　3.3 PID參數(shù)整定方法10</p><p>　　3.4 本實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程

6、10</p><p>　　3.5　調(diào)試中遇到的具體問(wèn)題及解決辦法12</p><p>　　第四章  收獲、體會(huì)、建議14</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　第一章 過(guò)程控制儀表設(shè)計(jì)的目的意義</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)

7、目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是為《過(guò)程控制儀表》課程而開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》、《自動(dòng)控制理論》、《過(guò)程控制儀表》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手對(duì)一個(gè)工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)與選型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀表及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常

8、遇到的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的典型工藝參數(shù)的測(cè)量方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變送器的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過(guò)程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。</p><p>　　1.2 課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用</p><p&g

9、t;　　控制儀表與裝置是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要工具。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由檢測(cè)儀表將生產(chǎn)工藝參數(shù)變?yōu)殡娦盘?hào)或氣壓信號(hào)后，不僅要由儀表顯示或記錄，讓人們了解生產(chǎn)過(guò)程的情況，還需將信號(hào)傳送給控制儀表和裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，使工藝參數(shù)符合預(yù)期要求。</p><p>　　本課程在教學(xué)計(jì)劃中的目的和作用是培養(yǎng)學(xué)生單元操作原理的工程概念。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與基本原理，讓學(xué)生理論與實(shí)踐能力相結(jié)

10、合，更好地加深對(duì)過(guò)程控制這門課程的理解。更好的鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。</p><p>　　第二章 流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　?。?1  流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對(duì)

11、整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過(guò)程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器將達(dá)不到預(yù)期的控制效果。</p><p>　　流量控制系統(tǒng)不包含影響調(diào)節(jié)過(guò)程快速性的大滯后效應(yīng)和大慣性特性，所以系統(tǒng)響應(yīng)快，通頻帶寬；系統(tǒng)中普遍存在外擾，如負(fù)載流量的波動(dòng)和泵的脈動(dòng)造成的壓力脈動(dòng)等。因此應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、抗干擾能力等進(jìn)行綜合

12、設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2 流量控制控制系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　流量控制系統(tǒng)的被控變量可以選擇內(nèi)容器或外容器的流量，操作變量則可以選擇進(jìn)內(nèi)容器調(diào)節(jié)閥或外容器調(diào)節(jié)閥控制容器進(jìn)水流量。要求通過(guò)比較反饋，再經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算，最后調(diào)節(jié)電子閥的閥門開(kāi)度，改變流入水箱的水流量以達(dá)到控制的目的。流量控制系統(tǒng)不包含影響調(diào)節(jié)過(guò)程快速性的大滯后效應(yīng)和大慣性特性，所以系統(tǒng)響應(yīng)快，通頻帶寬

13、；系統(tǒng)中普遍存在外擾，如負(fù)載流量的波動(dòng)和泵的脈動(dòng)造成的壓力脈動(dòng)等。因此控制要求系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、抗干擾能力等都能達(dá)到預(yù)期的目的。</p><p>　　2.３ 流量控制系統(tǒng)工藝流程</p><p>　　該裝置由嵌套的兩個(gè)容器、 流體輸送裝置及相關(guān)的檢測(cè)、變送、執(zhí)行儀表組成。配套的儀表屏上安裝了控制、 顯示、記錄等儀表和水泵的啟動(dòng)、停止按鈕，并配有帶連接信號(hào)插座孔的工藝模擬流程圖

14、。工藝過(guò)程模擬流程圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 帶連接信號(hào)插座孔的流量裝置工藝模擬流程圖</p><p>　　上圖2.1中，標(biāo)有字母的方塊為各種儀表，O為各儀表輸入、輸出的單線插件的插孔（+,- 插孔）。其中：</p><p>　　C：控制器（調(diào)節(jié)器）。該裝置配有4個(gè)單回路調(diào)節(jié)器，其中C1、C2和C3的控制輸出信號(hào)為4~20mA，C4的控制輸出信

15、號(hào)為固態(tài)繼電器控制信號(hào)，每個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)有三對(duì)插座孔（＋，－插孔）。其中: PV孔為測(cè)量值輸入，SV孔為外設(shè)定輸入或閥位反饋信號(hào)輸入，O孔為調(diào)節(jié)器輸出。</p><p>　　R：記錄儀為無(wú)紙4通道記錄儀，輸入信號(hào)4~20mA，其中R1為1號(hào)通道，R2為2號(hào)通道，R3為3號(hào)通道，R4為4號(hào)通道。到每個(gè)通道有兩個(gè)插座孔，其中上孔（＋插孔）接變送器來(lái)的信號(hào)，下孔（－插孔）用來(lái)轉(zhuǎn)接到其他儀表作為輸入信號(hào)，不能接錯(cuò)。</

16、p><p>　　V1~2和I1~2 ：兩路電壓/電流轉(zhuǎn)換器。其中V1為第1路電壓輸入信號(hào)端，I1 為第1路電流輸出信號(hào)端，V2為第2路電壓輸入信號(hào)端，I2 為第2路電流輸出信號(hào)端，O上孔（＋插孔）接電壓/電流轉(zhuǎn)換器來(lái)的正信號(hào)，下孔（－插孔）接電壓/電流轉(zhuǎn)換器來(lái)的負(fù)信號(hào)，不能接錯(cuò)。</p><p>　　FT：流量變送器。流量變送器有二種，一種為L(zhǎng)Z型金屬管浮子流量計(jì)，輸入0~50L/h，輸出4~

17、20 mA信號(hào) ，另一種為L(zhǎng)WGY型渦輪流量計(jì)，輸入0~400L/h，輸出4~20 mA信號(hào) ，它們都需外部提供24V工作電源。接線方式為負(fù)載正端接FT（+）流量變送器正端，負(fù)載負(fù)端接FT（―）流量變送器負(fù)端。</p><p>　　VL：電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入4~20 mA電流信號(hào)，對(duì)應(yīng)閥門輸出開(kāi)度0~100%。</p><p>　　X/Y：乘除器。信號(hào)X、Y、

18、Z之間的關(guān)系為：Z＝X＊A或Z＝Y(jié)＊A。其中A=0~1.0，B=0，X、Y為輸入信號(hào)，Z為輸出信號(hào)，這三對(duì)插座孔均為4~20mA信號(hào)。</p><p>　　整個(gè)裝置有兩個(gè)檢測(cè)變量（內(nèi)容器流量、外容器流量），可從中選擇一至兩個(gè)為被控變量。 有三個(gè)控制變量（兩個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量和固態(tài)繼電器控制輸出電壓），可選為操作變量，或選為擾動(dòng)輸入。選定被控變量、操作變量、主要擾動(dòng)和控制方案后， 只要在模擬控制流程圖上的插座孔進(jìn)行不

19、同的連接，就能方便、迅速地組成不同的控制系統(tǒng)。</p><p>　　在帶連接信號(hào)插座孔的流量裝置工藝模擬流程圖中所示，簡(jiǎn)單內(nèi)給定閉環(huán)內(nèi)容器流量控制回路的接線方式如下：首先把內(nèi)容器流量FT1的電流信號(hào)串入無(wú)紙記錄儀的1號(hào)通道R1，再串入到1號(hào)調(diào)節(jié)器的輸入端PV，如：FT1(+)接R1(+)，R1（-）接C1(PV+)，C1(PV-)接FT1(-)，再把調(diào)節(jié)器的控制輸出信號(hào)接到VL1上，如：C1的O(+)接VL1的（

20、+）， VL1的（-）接C1的O(-)連接即可完成。用同樣的方法可構(gòu)成串級(jí)控制回路、比值控制回路等復(fù)雜控制回路。</p><p>　　２.４ 流量控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　基本要求如下: </b></p><p>　　1).流量控制范圍在0～400m3/h。</p><p>　　2).控

21、制要求：?jiǎn)位芈房刂凭葹?#177;1%，雙回路控制精度為±2%。</p><p>　?。?４.1流量控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)流量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可以分為單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)包含一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)執(zhí)行器和對(duì)象，對(duì)對(duì)象的某一個(gè)被控制參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)負(fù)反饋控制。雙回路流量比值控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)回路組成，給定

22、流量作為內(nèi)容器的設(shè)定值，內(nèi)流量的反饋和比值器相乘作為外容器的給定。兩個(gè)閉環(huán)回路均采用位置PID進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　?。保髁繂伍]環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)以下四個(gè)部分組成: （1）被控對(duì)象——流量對(duì)象內(nèi)容器；（2）電子閥；（3）流量變送器；（4）PID智能調(diào)節(jié)器。其帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和方塊圖如圖2.2和2.3所示。</p><p>

23、;　　圖2.2 內(nèi)容器單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　圖2.3內(nèi)容器單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖2.3中被控對(duì)象為內(nèi)容器，操作變量為內(nèi)容器電子調(diào)節(jié)閥VL1的閥位開(kāi)度輸出，調(diào)節(jié)參數(shù)是流入水箱的水流量Q1，內(nèi)容器流量由流量變送器檢測(cè)得到，并作為反饋信號(hào)Qf,它和流量給定值Qs進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)Qi, 調(diào)節(jié)器對(duì)輸入偏差Qi進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出變化量u控

24、制信號(hào)，控制電子調(diào)節(jié)閥VL1的閥位，改變調(diào)節(jié)參數(shù)Q，使被調(diào)節(jié)參數(shù)Q1保持著設(shè)定值。其中f為系統(tǒng)擾動(dòng)信號(hào)。</p><p><b>　?。玻髁勘戎悼刂?lt;/b></p><p>　　本裝置中有兩個(gè)可控制的水流量，一路進(jìn)夾套，一路進(jìn)內(nèi)容器。一般可從中任意選擇一路流量為主動(dòng)量，另一路則為從動(dòng)量，以此組成單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)或雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。若以進(jìn)內(nèi)容器水流量Q1為主動(dòng)量、

25、進(jìn)外容器水流量Q2為從動(dòng)量可組成雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。其帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和方塊圖如圖2.４和2.５所示。</p><p>　　圖2.４雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　圖2.５雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　給定流量作為內(nèi)容器的設(shè)定值，內(nèi)流量的反饋和比值器相乘作為外容器的給定。兩個(gè)閉環(huán)回路均采用位置PID進(jìn)行設(shè)計(jì)。</

26、p><p>　　２.４.2流量控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.智能調(diào)節(jié)器選型</b></p><p>　　采用虹潤(rùn)的儀表公司的NHR-５３３０Ａ－２７／２７－０／０／２／Ｄ２／２Ｐ（１２／２４）／Ｄ智能調(diào)節(jié)器，其參數(shù)如下:</p><p>　　規(guī)格尺寸：160*80*110mm（橫式）</p>

27、<p>　　輸入信號(hào)：模 擬 量 </p><p>　　第一路(測(cè)量)輸入分度號(hào) ： 4～20mA (-1999～9999) </p><p>　　第二路(閥位反饋或外給定)輸入分度號(hào)：4～20mA (-1999～9999) </p><p>　　控制輸出：4-20mA(RL≤600Ω) </p><p><b&

28、gt;　　報(bào)警點(diǎn)數(shù)：２限報(bào)警</b></p><p>　　通訊接口（通訊協(xié)議）：RS232通迅接口（Modbus）</p><p>　　饋電輸出（輸出電壓）：2路饋電輸出供電電源 ：DC 20-29V 精度：測(cè)量顯示精度±0.5%FS或±0.2%FS</p><p>　　頻率轉(zhuǎn)換精度±1脈沖（LMS）一般優(yōu)于0.2%&l

29、t;/p><p><b>　　2.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型</b></p><p>　　采用湖南力升信息設(shè)備有限公司的LSDZ-50電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，技術(shù)指標(biāo)如下</p><p>　　出軸力矩(N.m)：50</p><p>　　動(dòng)作范圍：0~360°</p><p>　　動(dòng)作時(shí)間（S）:20</p

30、><p>　　控制電路選項(xiàng):4-20mA輸入</p><p>　　位置輸出：4-20mA直流</p><p>　　動(dòng)力電源：220VAC 50Hz</p><p>　　精度：定位精度：0.5%，位置反饋精度：0.5%</p><p>　　環(huán)境溫度：-25~+55℃</p><p><b>

31、　　3.流量計(jì)選型</b></p><p>　　采用湖南金湖潤(rùn)華儀表科技有限公司的RH-LDE液體流量計(jì)，技術(shù)指標(biāo)如下:</p><p><b>　　4.比值器選型</b></p><p>　　采用虹潤(rùn)的NHR-5200Ａ－２７／２７－０／０／２／Ｄ２／２Ｐ（１２／２４）／Ｄ－（Ｑ），技術(shù)指標(biāo)如下:</p><

32、p>　　規(guī)格尺寸：160*80*110mm（橫式）</p><p>　　輸入信號(hào)：模 擬 量 </p><p>　　第一路(測(cè)量)輸入分度號(hào) ： 4～20mA (-1999～9999) </p><p>　　第二路(閥位反饋或外給定)輸入分度號(hào)：4～20mA (-1999～9999) </p><p>　　控制輸出：4-20m

33、A(RL≤600Ω)</p><p><b>　　報(bào)警點(diǎn)數(shù)：２限報(bào)警</b></p><p>　　通訊接口（通訊協(xié)議）：RS232通迅接口（Modbus）</p><p>　　饋電輸出（輸出電壓）：2路饋電輸出　　供電電源 ：DC 20-29V 5.無(wú)紙記錄儀選型</p><p>　　采用虹潤(rùn)公司的HR-SSR－８－

34、１單色無(wú)紙記錄儀，技術(shù)指標(biāo)如下:</p><p>　　顯示器：采用160*128點(diǎn)陣、高亮度黃底黑字液晶屏，LED背光、畫面清晰；</p><p>　　輸入信號(hào)：電 流：0～10mA、4～20mA等輸入阻抗≤250Ω</p><p>　　輸出信號(hào)：DC 4～20mA（負(fù)載電阻≤500Ω）</p><p>　　環(huán)境溫度：0-50℃</p&

35、gt;<p>　　測(cè)量精度：±0.5%FS或±0.2%FS</p><p>　　測(cè)量范圍：-9999～19999字</p><p>　　記錄間隔：1、2、5、10、15、30、60、120、240秒可選</p><p><b>　　6.水泵選型</b></p><p>　　采用威樂(lè)山姆遜

36、(北京)水泵系統(tǒng)有限公司的立式單級(jí)管道泵 IL，技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　流量范圍: 900m3/h</p><p>　　壓力范圍: 最大揚(yáng)程：85m</p><p>　　功率范圍: 0.25kw至200kw</p><p>　　說(shuō)明：需用兩臺(tái)泵并聯(lián)抽水.</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試</

37、p><p>　　按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求接線，經(jīng)老師檢查無(wú)誤后接通電源并給予預(yù)設(shè)值，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)調(diào)試的環(huán)節(jié)：</p><p>　　3.1 PID控制方式簡(jiǎn)介</p><p>　　根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制的方式稱為PID控制方式，PID控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。經(jīng)典的PID控制算法，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面考

38、慮問(wèn)題，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷和參數(shù)整定得到預(yù)期的控制效果。所以有必要先說(shuō)明PID各參數(shù)的作用：</p><p>　　1、比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。隨著比例參數(shù)KP的增大系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但是系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。KP取值過(guò)小，調(diào)節(jié)精度降低，響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能變壞。</p><p&

39、gt;　　2、積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差。積分時(shí)間常數(shù)Ti越大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快，但Ti也不能過(guò)大，否則在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。若Ti過(guò)小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。</p><p>　　3、微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，

40、減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但Td不能過(guò)大，否則會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，并且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。</p><p>　　總之PID參數(shù)的整定必須考慮在不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。</p><p>　　3.2數(shù)字PID位置型控制算法(差分處理)</p><p><b>　　PID控制規(guī)律：</b><

41、/p><p><b>　　公式（2.1）</b></p><p>　　變換成差分方程可得數(shù)字PID位置型控制算法：</p><p><b>　　公式（2.2）</b></p><p><b>　　可簡(jiǎn)記為：</b></p><p><b>　　公式

42、（2.3）</b></p><p>　　3.3 PID參數(shù)整定方法</p><p>　　一是簡(jiǎn)易工程法。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于，整定參數(shù)時(shí)不必依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)易工程整定法是由經(jīng)典的頻率法簡(jiǎn)化而來(lái)，雖然稍微粗糙一點(diǎn)，但是簡(jiǎn)單易行，適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。具體方法有擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法、歸一參數(shù)整定法。</p><p>　　二是優(yōu)選法。其具體做法

43、是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先把其他參數(shù)固定，然后用0.618法對(duì)其中某一參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，待選出最佳參數(shù)后，再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢，最后根據(jù)T、Kp、Ti、Td諸參數(shù)優(yōu)選的結(jié)果取一組最佳值即可。該方法屬于經(jīng)驗(yàn)法的一種。</p><p>　　三是湊試法。原理：根據(jù)P、I、D參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響趨勢(shì)逐各整定參數(shù)值。增大比例系數(shù)KP一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜態(tài)誤差時(shí)，有利于減小靜態(tài)誤差；但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使

44、系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間TI有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜態(tài)誤差的消除將隨之減慢。增大微分時(shí)間TD亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。</p><p>　　三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。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

45、最后調(diào)整與完善。</p><p>　　3.4 本實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中，我們首先做了流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)字PID位置型控制算法，采用湊試的PID參數(shù)整定方法，我們參考各個(gè)參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的響應(yīng)趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例、后積分、在微分的整定步驟。</p><p>　　1.首先只整定比例部分。即將比例系數(shù)由小變大，也即比例帶P由大變小，并觀察相

46、應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，則只需用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。</p><p>　　2. 如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)首先置積分時(shí)間TI為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮小(如縮小為原值的0.8倍)，然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜態(tài)誤差

47、得到消除。在此過(guò)程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過(guò)程與整定參數(shù)。</p><p>　　3．若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜態(tài)誤差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間TD為0。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。</p><p

48、>　　根據(jù)以上步驟，我們經(jīng)過(guò)不斷的修改參數(shù)、觀察輸出、分析結(jié)果等多次循環(huán)工作之后，我們終于得到了一組比較理想的PID控制參數(shù)值，如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 實(shí)驗(yàn)PID參數(shù)值</p><p>　　流量單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定完畢以后，我們又開(kāi)始整定流量比值控制系統(tǒng)，在保持主回路參數(shù)基本不變的情況下，對(duì)副回路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)及老師指導(dǎo)，得到最優(yōu)PID參數(shù)，<

49、;/p><p><b>　　主控回路，</b></p><p><b>　　P：814.7</b></p><p><b>　　I:16</b></p><p>　　D:4 ；</p><p><b>　　副控回路，&l

50、t;/b></p><p><b>　　P：550</b></p><p><b>　　I:20</b></p><p><b>　　D:3</b></p><p>　　3.5　調(diào)試中遇到的具體問(wèn)題及解決辦法</p><p>　　1.在給定值逐漸增

51、大時(shí)，0-40 m3/h內(nèi)閥門開(kāi)度基本不變，這說(shuō)明0-40 m3/h以下系統(tǒng)存在非線性區(qū)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥控制滯后，而40 m3/h -400 m3/h系統(tǒng)處于較好的工作狀態(tài)，響應(yīng)曲線無(wú)論是從穩(wěn)態(tài)誤差的角度還是快速性的角度，都能滿足控制要求。于是我們大致得出結(jié)論，系統(tǒng)的線性工作區(qū)約為：40H/L-400H/L。這是以后設(shè)定給定值的依據(jù)。</p><p>　　2.在流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程中，我們根據(jù)理論分析：因?yàn)?/p>

52、流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)裝置中不包含影響調(diào)節(jié)過(guò)程快速性的大滯后效應(yīng)和大慣性特性，所以系統(tǒng)響應(yīng)快，存在干擾，為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定程度和抗外擾能力，我們?cè)趨?shù)整定初期沒(méi)有采用微分控制規(guī)律，只采用PI調(diào)節(jié)，但無(wú)論如何改變參數(shù)，系統(tǒng)總是達(dá)不到理想的調(diào)節(jié)效果，無(wú)奈之下我們加入了微分作用，并相應(yīng)改變了P、I參數(shù)，最終取得了較為滿意的結(jié)果，調(diào)節(jié)范圍、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)精度等技術(shù)指標(biāo)都較為滿意。這個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程使我們認(rèn)識(shí)到，理論與實(shí)踐是有差距的。</p>

53、;<p>　　3. 在流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)參數(shù)整定完畢以后，我們看是做流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，首先基本的硬件連線我們就遇到了問(wèn)題，我和搭檔意見(jiàn)不一致，又都覺(jué)得自己是對(duì)的，主要涉及硬件連線中串聯(lián)和并聯(lián)的問(wèn)題，于是我們就向?qū)W長(zhǎng)請(qǐng)教，他告訴我們，變送器輸出是4-20毫安電流信號(hào)，所以各個(gè)器件要串聯(lián)，否則會(huì)分流，造成信號(hào)在傳輸過(guò)程中失真，最終在學(xué)長(zhǎng)的指導(dǎo)下我們完成了接線任務(wù)。</p><p>　　4.完成接線后

54、，我們開(kāi)始調(diào)節(jié)主副回路PID參數(shù)，按照理論分析，當(dāng)主回路參數(shù)調(diào)節(jié)完成以后，只要對(duì)副回路進(jìn)行調(diào)節(jié)即可，副回路對(duì)主回路性能的有影響，但不是很大，但我們?cè)谶M(jìn)行雙回路控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)副回路參數(shù)，對(duì)主回路的性能指標(biāo)影響很大，于是我們?nèi)フ?qǐng)教了老師，老師首先很耐心地幫我們核對(duì)了儀器的參數(shù)設(shè)置，然后幫我們分析線路連接情況，最終找到問(wèn)題所在，硬件連線存在問(wèn)題。我們根據(jù)老師的建議作出修正，主回路個(gè)性能均恢復(fù)正常。</p><p>　

55、　5.在副回路參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程中，我們又發(fā)現(xiàn)主副回路調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，兩回路輸出相同，由于是主回路的反饋值經(jīng)比值器最為副回路的給定值，所以主回路是定值系統(tǒng)，副回路是隨動(dòng)系統(tǒng)，副回路的輸出隨主回路的輸出而變化，理論上穩(wěn)定時(shí)應(yīng)為主回路輸出的一半。為了找出問(wèn)題所在，我們反復(fù)檢查儀表參數(shù)設(shè)置和線路連接，始終未找到問(wèn)題所在。在老師的幫助下，問(wèn)題得以解決，問(wèn)題是比值器是定制的，有的參數(shù)是確定的，不允許改動(dòng)，而我們不清楚，只按照理論情況進(jìn)行設(shè)定，導(dǎo)致錯(cuò)誤。

56、</p><p>　　第四章  收獲、體會(huì)、建議</p><p>　　經(jīng)過(guò)幾天的耐心調(diào)試，本次課程實(shí)際結(jié)束了，這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多。</p><p>　　首先，作為一名自動(dòng)化的學(xué)生，前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》、《自動(dòng)控制理論》、《過(guò)程控制儀表》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等課程，可是當(dāng)老師講起控制技術(shù)，講起PID,我的腦海中首先出現(xiàn)的不是各種算法各種公式

57、，而是什么時(shí)候?qū)W過(guò)了它，什么時(shí)候考的試，那一刻我有點(diǎn)慚愧了。吳老師的耐心講解，讓我在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)字PID控制有了更深刻和清晰的理解。</p><p>　　幾天的調(diào)試過(guò)程，給了我們鍛煉耐力的機(jī)會(huì)，對(duì)著測(cè)量?jī)x表，你能做的只有耐心調(diào)試，認(rèn)真觀察測(cè)量輸出，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而找到原因，做出正確判斷。做真正的實(shí)驗(yàn)告訴我們，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)騙我們，只有努力了才能有所收獲。</p><p>　　在這里

58、我首先要感謝xx老師，她平日要帶很多實(shí)驗(yàn)，很忙，可是她還是每天去了解我們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，幫助我們查找錯(cuò)誤、糾正錯(cuò)誤，有時(shí)候我們會(huì)犯很低級(jí)的錯(cuò)誤，她會(huì)很嚴(yán)厲地批評(píng)我們，剛開(kāi)始有點(diǎn)害怕她，到后來(lái)竟然覺(jué)得被她罵也是好的。同時(shí)也感謝我的搭檔，沒(méi)有她的配合，我們也沒(méi)這么快做完。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)過(guò)程控制尤其是PID控制算法的理解又更深入了一層。課堂上學(xué)到的終究還是理論知識(shí)，只有在實(shí)踐中才能發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)

59、題進(jìn)而提出解決方案。這次課程設(shè)計(jì)給了我們一次極好的理論聯(lián)系實(shí)踐的機(jī)會(huì)，在理論的指導(dǎo)下，我們得以更快的完成控制任務(wù)；在實(shí)踐的過(guò)程中我們又進(jìn)一步對(duì)理論知識(shí)加深了理解。</p><p>　　希望以后老師能繼續(xù)嚴(yán)格要求我們，給我們更多學(xué)習(xí)和進(jìn)步的機(jī)會(huì)。</p><p>　　再次，謝謝x老師的悉心指導(dǎo)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

60、;/p><p>　　[1] 吳同茂編. 過(guò)程控制儀表實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.中南大學(xué)教材科，2012年</p><p>　　[2] 向婉成. 控制儀表與裝置 天津：機(jī)械工業(yè)出版社,2003年</p><p>　　[3] 于海生. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 北京：清華大學(xué)出版社，1999年</p><p>　　[4] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理 北京：科學(xué)出版