過程控制課程設(shè)計(jì)—三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　學(xué) 生：</b></p><p>　　專 業(yè)： 自 動(dòng) 化</p><p><b&g

2、t;　　班 級(jí)： </b></p><p>　　設(shè)計(jì)日期： 2013.9.23—2013.10.11</p><p><b>　　目錄 </b></p><p><b>　　1 問題描述1</b></p><p><b>　　2 建立模型3</b><

3、/p><p>　　2.1被控量的選擇3</p><p>　　2.2操控量的選擇3</p><p>　　2.3模型的選擇3</p><p>　　2.3.1單容水箱數(shù)學(xué)模型3</p><p>　　2.3.2雙容水箱的數(shù)學(xué)模型5</p><p>　　2.3.3三容水箱的數(shù)學(xué)模型7</p&

4、gt;<p><b>　　3 算法描述8</b></p><p><b>　　3.1算法選擇8</b></p><p>　　3.2控制器設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2.2單回路反饋調(diào)節(jié)10</p><p>　　3.2.3 PID調(diào)節(jié)器11</p><p

5、>　　3.2.3.1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)初值11</p><p>　　3.2.3.2 PI調(diào)節(jié)器12</p><p>　　3.2.3.3 PID調(diào)節(jié)器13</p><p>　　3.2.4 串級(jí)反饋調(diào)節(jié)15</p><p><b>　　4 參考文獻(xiàn)20</b></p><p><

6、b>　　1 問題描述</b></p><p>　　飲料工業(yè)是改革開放以后發(fā)展起來的新興行業(yè)，1982年列為國(guó)家計(jì)劃管理產(chǎn)品，當(dāng)年全國(guó)飲料總產(chǎn)量40萬(wàn)噸。三十多年來，我國(guó)飲料工業(yè)從小到大，已出具規(guī)模，成為有一定基礎(chǔ)，并能較好地適應(yīng)市場(chǎng)需要的食品工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)之一。飲料工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和提高人民生活質(zhì)量作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，飲料已成為人民日常生活中不可缺少的消費(fèi)食品。</p>&

7、lt;p>　　圖1 2009年中國(guó)飲料人均消費(fèi)量</p><p>　　上圖為2009年中國(guó)飲料人均消費(fèi)量，其中軟飲料的年人均消費(fèi)量最多，嚴(yán)格說來，軟飲料包含了碳酸飲料、果蔬飲料和水飲料。所以軟飲料占據(jù)了人們?nèi)粘ＯM(fèi)的很大一部分，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ绾紊a(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的飲料產(chǎn)品已經(jīng)成為飲料行業(yè)重要的任務(wù)。本次設(shè)計(jì)以軟飲料中的植物蛋白飲料的生產(chǎn)為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　植物蛋白

8、飲料的生產(chǎn)工藝流程圖如圖2所示。生產(chǎn)過程大致為：原料選取浸泡磨漿過濾調(diào)配一次均質(zhì)二次均質(zhì)封裝殺菌成品。其中過濾、調(diào)配、均質(zhì)均可以在物料罐中進(jìn)行。其中過濾，調(diào)配，均質(zhì)等均可在物料罐中進(jìn)行。在過濾環(huán)節(jié)將植物如大豆浸泡去皮后加入適量水研磨成漿體，經(jīng)離心過濾機(jī)過濾分離，除去殘余的豆渣和雜質(zhì)等。調(diào)配環(huán)節(jié)將過濾后的漿體先加水稀釋，然后按比例加配料。均質(zhì)環(huán)節(jié)將調(diào)配后的漿體經(jīng)均質(zhì)機(jī)均質(zhì)，使?jié){體進(jìn)一步破碎，更加細(xì)膩。在生產(chǎn)過程中，可以將這三個(gè)環(huán)節(jié)看為一個(gè)

9、三容水箱模型來進(jìn)行相應(yīng)的控制。</p><p>　　圖2 植物蛋白飲料生產(chǎn)流程圖</p><p>　　現(xiàn)代生產(chǎn)過程中將檢測(cè)技術(shù)，自動(dòng)控制理論，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起組成一套完整的過程控制系統(tǒng)，三容水箱模型簡(jiǎn)化圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 三容水箱模型圖</p><p>　　1、物料從上級(jí)進(jìn)料口進(jìn)入過濾罐；</p&

10、gt;<p>　　2、三個(gè)物料罐從上至下分別為過濾罐，調(diào)配罐和均質(zhì)罐，三個(gè)罐大小相同，底面積均為5，高均為6；</p><p>　　3、罐的出口均在罐體側(cè)面底部且出料口直徑均為；</p><p>　　4、進(jìn)料口的壓強(qiáng)為定值，即只要控制V1的開度即可控制流進(jìn)三容箱系統(tǒng)的物料量，有如下關(guān)系：；其中為進(jìn)料口流入的物料量，為比例系數(shù)，為閥門的開度。</p><p&

11、gt;　　現(xiàn)要設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)控制物料罐F3內(nèi)液位高度保持與設(shè)定值一致，對(duì)物料灌F1和物料灌E2中的液位高度無特殊要求，可將泵保持為全開狀態(tài)。控制系統(tǒng)參數(shù)如下：</p><p>　　三個(gè)水箱的截面積：；</p><p>　　三個(gè)水箱的最大深度：；</p><p>　　三個(gè)水箱的初始液位：；</p><p>　　三個(gè)水箱從高到低依次安置，上一級(jí)出水

12、口在下一級(jí)進(jìn)水口上方</p><p>　　所有管道直徑：，管道長(zhǎng)度對(duì)控制的延時(shí)影響忽略不計(jì)；</p><p>　　液位變送器采用BTY-G系列光纖液位變送器，測(cè)量范圍：，輸出：，環(huán)境溫度：；</p><p>　　調(diào)節(jié)閥采用ZRQM系列智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，輸入信號(hào)：，輸出行程：，環(huán)境溫度：,=0.012，線性閥阻R=0.01229。</p><p&g

13、t;<b>　　2 建立模型</b></p><p><b>　　2.1被控量的選擇</b></p><p>　　被控量的選擇是控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中必須首先解決的重要內(nèi)容，他的選擇對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，節(jié)料節(jié)能，改善勞動(dòng)條件，以及保護(hù)環(huán)境都有決定性的意義。而被控量的選擇要求設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)工藝操作的要求，找出那些對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安

14、全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用，能很好地反映工藝生產(chǎn)狀態(tài)變化的參數(shù)。在植物蛋白飲料的生產(chǎn)過程中，控制要求就是使產(chǎn)品達(dá)到一定的濃度，充分發(fā)揮產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)作用。因而在物料罐內(nèi)均質(zhì)后的物料濃度最能反映生產(chǎn)過程的要求，把它作為被控量最好。但是由于，目前對(duì)于成分的檢測(cè)還存在不少問題，例如，介質(zhì)本身的物理、化學(xué)性質(zhì)及使用條件的限制，使準(zhǔn)確檢測(cè)還有困難，取樣周期也長(zhǎng)，這樣往往滿足不了自動(dòng)控制的要求，故本次設(shè)計(jì)采用物料罐內(nèi)物料的液位這個(gè)間接參

15、數(shù)作為被控量。</p><p><b>　　2.2操控量的選擇</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)選用物料罐內(nèi)物料液位作為被控量，故在整個(gè)液位控制系統(tǒng)中最適合作為操縱量的便是物料的流速。它可以直接對(duì)均質(zhì)物料罐內(nèi)物料的液位進(jìn)行控制，同時(shí)由于兩兩相連的物料罐之間的管道長(zhǎng)度有限，對(duì)生產(chǎn)的延時(shí)影響忽略不計(jì)。故本次設(shè)計(jì)選用物料的流量作為操縱量。</p>&l

16、t;p><b>　　2.3模型的選擇</b></p><p>　　2.3.1單容水箱數(shù)學(xué)模型</p><p>　　圖4所示的就是單容水箱的結(jié)構(gòu)圖，圖中不斷有液體流入水箱，同時(shí)也有液體不斷由水箱流出。被控參數(shù)為水箱水位h1，流入量Qin由改變閥V1的開度u加以控制流出量Q1則由用戶根據(jù)需要改變閥2開度來改變。</p><p>　　圖4 單容

17、水箱結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　先分析控制閥開度u與液位h1的數(shù)學(xué)關(guān)系。設(shè)初始時(shí)刻t=0時(shí)，單容水箱系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，即有：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　t=0時(shí)刻控制閥開度階躍增大，流入量Qin階躍增大即<

18、;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　這就使 ，液位h1開始上升。隨著h1上升，閥V2兩側(cè)差壓變大，流出量 也增大，這樣在不斷的調(diào)節(jié)下，當(dāng) 時(shí)，液位重新穩(wěn)定在一個(gè)全新高度。</p><p>　　在 時(shí)間內(nèi)，液體體積變化量為 ，由守恒定律可得：</p><p><b>　　（2-4）

19、</b></p><p><b>　　化簡(jiǎn)為：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　再改寫為增量形式：</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p&g

20、t;　　液位h1變化時(shí)，設(shè)流出單容水箱的夜體的質(zhì)量為m，流出單容水箱的液體流速為v，則有</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　可得流出單容水箱的液體流速為： （2-8）</p><p>　　則流出口的液體流速為： 或 （2-9）&l

21、t;/p><p>　　其中 ，A1為水箱的底面積</p><p>　　這是一個(gè)非線性關(guān)系，在小偏差條件下可線性化為：</p><p><b>　　（2-10）</b></p><p>　　其中 是流出閥門V2的流阻。</p><p>　　將 ， 代入式 </p><

22、p><b>　　可得</b></p><p><b>　　（2-11）</b></p><p>　　取拉普拉斯變換得到單容水箱控制通道的傳遞函數(shù)，即</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　其中 ， </b>&

23、lt;/p><p>　　圖5 單容水箱液位控制框圖</p><p>　　2.3.2雙容水箱的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　雙容水箱機(jī)構(gòu)圖如圖6所示，兩只串聯(lián)工作的水箱的流入量Qin由控制閥V1的開度u加以控制，流出量Q2由用戶根據(jù)需求改變控制閥3的開度而決定。</p><p>　　圖6 雙容水箱結(jié)構(gòu)圖</p><p>　

24、　參考單容水箱的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)守恒定律可列出下列方程：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　（2-14）</b></p><p><b>　　（2-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b>&

25、lt;/p><p>　　其中， ， 為兩個(gè)水箱的截面積,、為流阻， ， ， ， ， 都以平衡狀態(tài)為起始點(diǎn)計(jì)算的增量。對(duì)以上方程組取拉普拉斯變換得到雙容水箱控制通道的傳遞函數(shù)，即</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　其中 ， ， 。再根據(jù)其傳遞函數(shù)可得雙容水箱的控制方框圖，如圖7所示。</p><

26、;p>　　Q2(s) H2(s)</p><p>　　u(s) Q1(s) </p><p><b>　　-</b></p><p><b>　　Q3(s)</b></p><p>　　圖7 雙容

27、水箱液位控制框圖</p><p>　　2.3.3三容水箱的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　三容水箱的結(jié)構(gòu)圖如圖 3所示，h3為第三個(gè)水箱的液位高度。</p><p>　　在雙容水箱的控制方框圖的基礎(chǔ)上可以推導(dǎo)出三容水箱的控制方框圖，如圖 8所示。</p><p>　　Qin(s) Q1(s)

28、 Q2(s) </p><p>　　u(s) + + + </p><p>　　- - -</p><p>　　圖8 三容水箱液位

29、控制框圖</p><p>　　與單容水箱液位控制框圖對(duì)比可以清晰地看出第二級(jí)水箱加入到控制系統(tǒng)中，只是在第一級(jí)水箱的液位輸出端加入液位與流出流量的傳遞函數(shù)，然后串接第二級(jí)的液位控制的傳遞函數(shù)即可。得到模型后，利用上述參數(shù)計(jì)算，可得到如圖9的三容水箱控制系統(tǒng)的具體過程傳遞函數(shù)的框圖</p><p>　　圖9 三容水箱過程傳遞函數(shù)的框圖</p><p>　　以上就是三

30、容水箱數(shù)學(xué)模型的建立。</p><p><b>　　3 算法描述</b></p><p><b>　　3.1算法選擇</b></p><p>　　在過程控制中，液位控制一般采用P調(diào)節(jié)足夠。但是，在本次設(shè)計(jì)中，三個(gè)水箱（三個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)）依次串聯(lián)，構(gòu)成三階系統(tǒng)，如果僅使用P調(diào)節(jié)，存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、有穩(wěn)態(tài)誤差，因而不滿足題設(shè)

31、中對(duì)進(jìn)行精確控制的要求。為消除穩(wěn)態(tài)誤差，要采用PI調(diào)節(jié)，兼顧響應(yīng)時(shí)間，因此算法選擇PID。</p><p>　　另外，還有一個(gè)必須注意的地方：在對(duì)進(jìn)行控制的同時(shí)，、也要得到有效的調(diào)節(jié)。尤其是容器都有高度限制，因此，、的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不能有過大的超調(diào)量，否則，液體會(huì)溢出容器，嚴(yán)重影響實(shí)際生產(chǎn)過程，更達(dá)不到對(duì)調(diào)節(jié)效果。為了對(duì)、進(jìn)行有效控制，本次設(shè)計(jì)將嘗試采用多回路串級(jí)調(diào)節(jié)。其中，內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)的目的是控制、響應(yīng)更快，超調(diào)量更小，

32、從而使提高對(duì)的控制效果。</p><p>　　因此，我們的控制方案是串級(jí)控制：對(duì)于控制精度要求不高的內(nèi)環(huán)，采用P調(diào)節(jié)或超前校正以提高響應(yīng)速度；對(duì)于品質(zhì)要求高的外環(huán)，采用PID或者PI調(diào)節(jié)，消除靜差，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p><b>　　3.2控制器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　利用MATLAB的Simulink 對(duì)三容水箱的模型進(jìn)行仿

33、真，如圖9分析階躍響應(yīng)特性。</p><p>　　單位階躍輸入作用下，三個(gè)水箱液位變化如下圖：</p><p>　　圖10 階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　圖11 階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　圖12 階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　從圖中可以看出，、、的響應(yīng)時(shí)間依次增加，分別為2000s、3000s、3500

34、s左右。但是、、穩(wěn)態(tài)誤差基本相等，對(duì)于單位階躍而言，ess≈0.02?？梢娙菟渚哂杏捎谌齻€(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，響應(yīng)速度慢，有穩(wěn)態(tài)誤差但無超調(diào)。并不符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。</p><p>　　3.2.2單回路反饋調(diào)節(jié)</p><p>　　1、.將液位測(cè)量裝置、控制器、調(diào)節(jié)閥和三容水箱組成單回路控制系統(tǒng)。仿真模型如圖13，其中控制器設(shè)為1。</p><p>　　圖13 三容

35、水箱單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)</p><p>　　引入反饋之后，階躍輸入下響應(yīng)效果如圖：</p><p>　　圖14 單回路階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　圖15 單回路階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　圖16 單回路階躍響應(yīng)曲線</p><p>　　從圖中可以看出，、、的調(diào)節(jié)時(shí)間都很長(zhǎng)分別為3000s、3750s、40

36、00s左右，并且都有較大超調(diào)量，的超調(diào)量為40%，的超調(diào)量為24%，的超調(diào)量為12%。并且也沒有消除穩(wěn)態(tài)誤差，反而是穩(wěn)態(tài)誤差增大。對(duì)于單位階躍信號(hào)而言三者的穩(wěn)態(tài)誤差基本相等，?？梢?，單純的引進(jìn)反饋回路而不設(shè)計(jì)控制器，并不能提高系統(tǒng)性能。</p><p>　　3.2.3 PID調(diào)節(jié)器</p><p>　　3.2.3.1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)初值</p><p>　　用Zi

37、egler-Nichols ultimate method 設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)器參數(shù)初值，利用matlab仿真平臺(tái)編寫程序如下，繪制根軌跡圖：</p><p>　　G1=tf([0.012],[5*81.35 1]);</p><p>　　G2=tf([1],[5*81.35 1]);</p><p>　　G3=tf([81.35],[5*81.35 1]);</

38、p><p>　　G=G1*G2*G3;</p><p><b>　　rlocus(G)</b></p><p><b>　　hold on</b></p><p>　　圖17 三容水箱模型根軌跡圖</p><p>　　根據(jù)三容水箱模型的根軌跡圖可知臨界增益，臨界頻率.所以。<

39、;/p><p>　　3.2.3.2 PI調(diào)節(jié)器</p><p>　　在過程控制中，通常只需要在設(shè)定液位的某個(gè)范圍內(nèi)保持液位恒定就可以了。流速并不是一個(gè)值得很關(guān)心的因素。在過程中，它自身就有一個(gè)積分行為。而且，如果流動(dòng)速率被當(dāng)做操控變量，那么控制器的設(shè)定必須要限制流動(dòng)速率以避免突然的溢出。因此簡(jiǎn)單的P調(diào)節(jié)控制器通常就適用了。但是由于本次設(shè)計(jì)中，對(duì)于的控制要求精確，故采用PI調(diào)節(jié)來達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)目的

40、。</p><p>　　根據(jù)Ziegler-Nichols ultimate method可知</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　故控制器的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　(

41、3-3)</b></p><p>　　其仿真框圖如圖18所示：</p><p>　　圖18 PI調(diào)節(jié)的仿真框圖</p><p>　　圖19 PI調(diào)節(jié)的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖20 PI調(diào)節(jié)的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖21 PI調(diào)節(jié)的響應(yīng)曲線</p><p>　　從圖19

42、、20、21中可以得到，響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，完全不符合實(shí)際生產(chǎn)的要求，、超調(diào)也很大，分別為70%和30%。效果不如不加控制器的好。</p><p>　　3.2.3.3 PID調(diào)節(jié)器</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用NO OVERSHOOT這種情況，即</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b&

43、gt;　　(3-5)</b></p><p>　　(3-6)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，制造商一般并不使用</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p><b>　　而使用</b></p><p><b>　　(3-8)</b></p><

44、;p>　　其中為系數(shù)，取值范圍為，本次設(shè)計(jì)中，取，則</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　其仿真框圖如圖22所示：</p><p>　　圖22 PID調(diào)節(jié)的仿真框圖</p><p>　　得到其階躍響應(yīng)曲線如下所示：</p><p>　　圖23 PID調(diào)節(jié)H1的

45、響應(yīng)曲線</p><p>　　圖24 PID調(diào)節(jié)H2的響應(yīng)曲線</p><p>　　圖25 PID調(diào)節(jié)H3的響應(yīng)曲線</p><p>　　從圖中看到，雖然實(shí)現(xiàn)了無靜差控制，但響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，、、的響應(yīng)時(shí)間分別為3000s、2750s、2900s。超調(diào)量分別為15%、18%、5%。相對(duì)于單回路控制而言，明顯提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，使得系統(tǒng)性能有了較大的改善，控制效果相對(duì)理

46、想。</p><p>　　3.2.4 串級(jí)反饋調(diào)節(jié)</p><p>　　為提高的響應(yīng)速度，采用串級(jí)控制方法，由于對(duì)、的調(diào)節(jié)品質(zhì)沒有很高要求，因此，使用具有“粗調(diào)”作用的副控制器調(diào)節(jié)、，具有“細(xì)調(diào)”作用的主控制器調(diào)節(jié)要求較高的。利用內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)、，使得、調(diào)節(jié)時(shí)間更短，從而間接提高的響應(yīng)品質(zhì)。串級(jí)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法使用兩步法：先整定內(nèi)環(huán)，在整定外環(huán)。</p><p>　　1、

47、加一級(jí)水箱的液位的負(fù)反饋</p><p>　　由于對(duì)、的調(diào)節(jié)品質(zhì)沒有很高要求，允許有余差，故內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)可以使用P調(diào)節(jié)，而液位是生產(chǎn)過程中的重要指標(biāo)，要求很高，故在外環(huán)調(diào)節(jié)仍使用PID調(diào)節(jié)，但由于在單回路中PID調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不滿意，故在串級(jí)調(diào)節(jié)中適當(dāng)增加，即。在本次設(shè)計(jì)中，內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù)。</p><p>　　圖27 串級(jí)控制的仿真框圖</p><p>　　圖

48、28 串級(jí)控制的H1響應(yīng)曲線</p><p>　　圖29 串級(jí)控制的H2響應(yīng)曲線</p><p>　　圖30 串級(jí)控制的H3響應(yīng)曲線</p><p>　　由仿真結(jié)果可知，、、的響應(yīng)時(shí)間得到明顯的改善，分別為1000s、1500s、1750s。雖然的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程不理想，超調(diào)過大，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中并不會(huì)溢出物料罐，同時(shí)的超調(diào)減少了，而響應(yīng)時(shí)間有了很大的改善。說明串級(jí)

49、控制作用很理想。</p><p>　　2、加二級(jí)水箱的液位的負(fù)反饋</p><p>　　進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，加入二級(jí)水箱的液位負(fù)反饋。內(nèi)環(huán)使用p調(diào)節(jié)，比例度為0.6；外環(huán)使用PI調(diào)節(jié)，傳遞函數(shù)。</p><p>　　圖31 串級(jí)控制加入二級(jí)水箱液位的負(fù)反饋仿真框圖</p><p>　　內(nèi)環(huán)使用p調(diào)節(jié)，比例度為0.6；外環(huán)使用PI調(diào)節(jié)，傳遞函數(shù)。

50、單位階躍響應(yīng)如下圖：</p><p>　　圖32 二級(jí)負(fù)反饋的H1響應(yīng)曲線</p><p>　　圖33 二級(jí)負(fù)反饋的H2響應(yīng)曲線</p><p>　　圖34 二級(jí)負(fù)反饋的H3響應(yīng)曲線</p><p>　　從圖中可以得知雖然、、的超調(diào)量有明顯的改善，但是響應(yīng)時(shí)間并沒有很大的改變。由于實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)相應(yīng)時(shí)間的要求比較高，故這種控制方法效果并不理

51、想。</p><p>　　2、加三級(jí)水箱的液位的負(fù)反饋</p><p>　　加上三級(jí)負(fù)反饋，其中外環(huán)使用PI調(diào)節(jié)；第一層內(nèi)環(huán)使用超前校正；第二層內(nèi)環(huán)使用P調(diào)節(jié)，比例度0.1338。仿真框圖如圖35所示。</p><p>　　圖35 串級(jí)控制加入三級(jí)負(fù)反饋仿真框圖</p><p>　　階躍響應(yīng)曲線如圖36、37、38：</p>&

52、lt;p>　　圖36三級(jí)負(fù)反饋的H1響應(yīng)曲線</p><p>　　圖37三級(jí)負(fù)反饋的H2響應(yīng)曲線</p><p>　　圖38三級(jí)負(fù)反饋的H3響應(yīng)曲線</p><p>　　從上圖可以得知、、的超調(diào)量分別為5%、40%、15%，響應(yīng)時(shí)間沒有很大的改善，分別為2000s、2000s、2750s。但是對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程也已經(jīng)可以滿足要求了。</p><

53、;p>　　綜上所述，根據(jù)各種控制方法的仿真結(jié)果可以得知，加一級(jí)水箱的液位的負(fù)反饋的串級(jí)控制效果最為顯著，控制最為理想。由于實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)、的要求并不高，所以本次設(shè)計(jì)最終價(jià)采用這種方法進(jìn)行三容水箱的控制。</p><p><b>　　4 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】Pao C.Chau . Process Control . [M] . Camb

54、ridge University Press</p><p>　　【2】林德杰 . 過程控制儀表及控制系統(tǒng) .[M] .北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　【3】姜捷，鄭瑩等. 控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用. [M]. 北京. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2004</p><p>　　【4】何離慶，朱文嘉等. 過程控制系統(tǒng)和裝置. [M]. 重慶. 重慶大學(xué)出版社