東北大學(xué)自動化課程設(shè)計(jì)優(yōu)秀論文

1、摘要 本文闡述了pid水位控制系統(tǒng)的工作原理及smith預(yù)估控制的原理和設(shè)計(jì)方法，并詳細(xì)介紹了當(dāng)今smith預(yù)估控制的改進(jìn)研究。針對單回路smith預(yù)估控制水箱液位的設(shè)計(jì)，從軟硬件兩方面介紹其實(shí)現(xiàn)方法，同時通過simulink做出了仿真與模擬；在西門子s7300上利用plc與step7編程設(shè)計(jì)完成了單回路的水位控制。本文首先介紹了smith預(yù)估控制的意義所在，然后分析其前景，通過介紹基于模糊控制的smith預(yù)估器的改進(jìn)、基于改進(jìn)smith預(yù)估器的一階時滯系統(tǒng)和改進(jìn)的自適應(yīng)smith預(yù)估控制系統(tǒng)向讀者展現(xiàn)了smith控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。其次，介紹了控制對象，建立了了數(shù)學(xué)模型，通過simulink

2、設(shè)計(jì)出smith預(yù)估控制器，介紹了smith的參數(shù)整定分析。通過仿真模擬在排除實(shí)驗(yàn)設(shè)備的誤差干擾下，實(shí)現(xiàn)了smith預(yù)估的控制。最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備和界面，搭建線路圖，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際整定參數(shù)。驗(yàn)證后，證明設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期目的。關(guān)鍵詞：pid 、smith預(yù)估控制、simulink仿真、水位控制、參數(shù)整定目錄摘要- 1 -一 引言- 2-1.1 研究背景- 2 -1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求- 3 -二 理論設(shè)計(jì)- 4 -2.1 控制系統(tǒng)可行性分析- 4 -2.2 史密斯(smith)預(yù)估器- 7 -2.3 對象建模- 10 -2.4 單回路水位pid控制- 15-2.5 單回路水

3、位smith預(yù)估控制- 20 -2.6 仿真結(jié)果分析- 24 -三 基于plc單容水箱smith預(yù)估控制設(shè)計(jì)- 24 -3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹- 24 -3.2 單容水箱液位smith預(yù)估控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)- 26 -3.3 單容水箱smith預(yù)估軟件流程- 28 -3.4 單容水箱smith預(yù)估接線圖- 31 -四 硬件連接及調(diào)試- 32 -4.1 設(shè)備- 32 -4.2 step 7 硬件組態(tài)- 33 -4.3 wincc參數(shù)設(shè)置- 34 - 五 總結(jié)- 37 -六 體會與心得- 37 -七 參考文獻(xiàn)- 39 -一 引言1.1研究背景在實(shí)際生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，由于物料的傳遞控制系統(tǒng)等使得系統(tǒng)中

4、的被控制量往往存在延時，如在石油、制藥、化工、造紙等行業(yè)的過程控制中存在許多具有純滯后特性的被控對象，即當(dāng)輸入變量改變后，系統(tǒng)輸出并不立即改變，而要經(jīng)過一段時間后才反映出來，這段時間即為純滯后時間。純滯后占整個動態(tài)過程的時間越長，控制的難度越大。在這些過程中，由于純延遲的存在，使被控量不能及時反映系統(tǒng)所承受的擾動，只有在延遲t以后才能反映到被調(diào)量，控制器產(chǎn)生的控制作用也不能立即對干擾產(chǎn)生抑制作用，必然會使系統(tǒng)產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和持續(xù)的振蕩。 物料傳遞是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍存在且十分重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了高效的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)如流量、液位、壓力、溫度等

5、進(jìn)行有效的控制。其中液位控制在化工生產(chǎn)過程中有比較大的比例。由于液位控制具有工況復(fù)雜，控制滯后等特點(diǎn)，其對控制調(diào)節(jié)器要求極高。準(zhǔn)確的測量和精確的液位控制是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在工業(yè)的控制和生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行并提高控制精度，采用計(jì)算機(jī)控制是一種重要途徑。它的作用主要是改善勞動條件，節(jié)約能源，防止生產(chǎn)和設(shè)備事故，以獲得好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。 液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)含有大滯后環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)一般會存在較大的超調(diào)量和較長的調(diào)節(jié)時間。水泵及進(jìn)水管道還具有大慣性、非線性、參數(shù)時變的特點(diǎn)。水箱的水位上升是依靠變頻電機(jī)驅(qū)動水泵的供水，水位下降則依靠排水閥出水，很難用數(shù)學(xué)方法建立精確

6、的模型，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論和方法難以達(dá)到理想的控制效果。解決工業(yè)控制對象的大時滯、參數(shù)時變、非線性給控制帶來的不利影響，達(dá)到較好的控制效果，對于保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的連續(xù)化、高效率、低消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益等起著舉足輕重的作用。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求在工業(yè)過程控制中，由于物料的傳輸存在延遲，使得被控對象具有滯后性質(zhì)，對象的這種滯后性質(zhì)對控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。解決純滯后問題的方法很多，最簡單的方法就是常規(guī)pid控制器的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)仔細(xì)的整定，但是這種方法只適用于控制要求不太苛刻的情況下。而smith預(yù)估控制策略是由美國學(xué)者oj smith題出的，它是針對純滯后問題的有效控制方法，本次設(shè)

7、計(jì)主要是來采用smith預(yù)估控制策略來一定程度地解決水位滯后問題。其中重點(diǎn)研究cs4000過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置中水箱液位控制的結(jié)構(gòu)與控制特點(diǎn)，對水箱液位控制系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，深入理解smith預(yù)估控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理方法，并應(yīng)用wincc組態(tài)軟件、可編程控制器s7 300對cs4000過程控制系統(tǒng)中對水箱液位進(jìn)行控制。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有意義的創(chuàng)新，提出更好的更實(shí)用的方法。 如圖2.1單容水箱液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，水箱4的水位為控制目標(biāo)。 圖2.1單容水箱液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以下是我理解的本次課程設(shè)計(jì)的要求：獨(dú)立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)，說明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行方案論證，確定設(shè)計(jì)方案，對水箱

8、液位控制系統(tǒng)進(jìn)行simulink仿真并設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)，能夠自動控制水箱液位，并達(dá)到所需精度。二 理論設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)可行性分析2.1.1國內(nèi)外相關(guān)控制研究現(xiàn)狀 總體上講，時滯系統(tǒng)的控制算法與控制理論的發(fā)展是同步的。自上個世紀(jì)50年代以來，在時滯控制方面又出現(xiàn)了基于模型和無模型兩大類方法。 基于模型的方法有smith預(yù)估補(bǔ)償、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、魯棒控制等；基于無模型的方法有模糊smith控制、模糊pid控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及專家控制等。大時滯控制方法已由傳統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向現(xiàn)代綜合智能控制。 smith預(yù)估控制是得到廣泛應(yīng)用的時滯系統(tǒng)的控制方法。該控制方法是預(yù)先估計(jì)系統(tǒng)在基本擾動下的動態(tài)特

9、性，然后對時滯進(jìn)行補(bǔ)償，使延遲的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器就會提前動作，從而抵消時滯特性所造成的影響，減小超調(diào)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，加速調(diào)節(jié)過程，提高系統(tǒng)快速性。從理論上分析，smith預(yù)估器可以完全消除時滯的影響，成為一種對線性、時不變和單輸入單輸出時滯系統(tǒng)的理想控制方法。但是smith預(yù)估器需要確定被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，當(dāng)預(yù)估模型和實(shí)際對象不匹配時，控制效果較差；當(dāng)對象參數(shù)變化范圍較大時，smith預(yù)估器將完全失效，甚至不及常規(guī)反饋控制方法；對于干擾的控制效果很差，這些問題影響了smith預(yù)估器在實(shí)際應(yīng)用中的控制性能。針對smith預(yù)估器對模型誤差十分敏感的特點(diǎn)，gikesrf和bar

10、flytm提出增益自適應(yīng)補(bǔ)償方法12j。該方法是在smith預(yù)估器之外增加了一個除法器、一個導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)和一個乘法器。這3個環(huán)節(jié)的作用是根據(jù)模型和過程輸出信號之間的比值來提供一個自動校正預(yù)估增益的信號。增益自適應(yīng)補(bǔ)償方法明顯優(yōu)于smith預(yù)估控制，具有較小的超調(diào)量和較短的調(diào)節(jié)時間。一、基于smith預(yù)估補(bǔ)償與rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)pid控制近2o年來，工業(yè)界關(guān)于恒溫控制的難題分別是：大滯后、強(qiáng)耦合、時變、嚴(yán)重干擾以及對非線性對象的控制，這些問題始終都沒有得到切實(shí)解決。針對此類現(xiàn)象，利用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的在線學(xué)習(xí)能力與smith預(yù)估補(bǔ)償原理，提出了基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)pi

11、d控制算法，以期能夠很好地適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)恒溫控制。徑向基函數(shù)(radial basis function，rbf)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由jmoody和cdarken在20世紀(jì)8o年代末提出的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是具有單隱層的三層前饋網(wǎng)絡(luò)。由于它模擬了人腦中局部調(diào)整、相互覆蓋接收域(或稱感受野，receptive field)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，rbf網(wǎng)絡(luò)是一種局部逼近網(wǎng)絡(luò)，已證明它能以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)。rbf網(wǎng)絡(luò)是一種三層前向網(wǎng)絡(luò)，由輸入到輸出的映射是非線性的，而隱層空間到輸出空間的映射是線性的，從而大大加快了學(xué)習(xí)速度并避免局部極小的問題。改進(jìn)的pid控制算法，其原理是利用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)動

12、態(tài)調(diào)整pid控制算法的比例系數(shù)愚 、積分系數(shù)k 、微分系數(shù)k。，用來適應(yīng)控制系統(tǒng)的非線性、時變等復(fù)雜問題，同時將smith預(yù)估補(bǔ)償算法結(jié)合在其中，用來解決控制系統(tǒng)的滯后問題，從而能夠保證控制系統(tǒng)的良好適應(yīng)性和優(yōu)越性。二、基于模糊控制的smith預(yù)估器的改進(jìn)研究和設(shè)計(jì)模糊推理控制系統(tǒng)同常規(guī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，其中模糊推理控制器由計(jì)算機(jī)完成，因此，其輸入、輸出部分必須有a/d,d/a轉(zhuǎn)換器，完成模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。模糊控制系統(tǒng)的工作原理同普通控制系統(tǒng)相同，但由于模糊控制器需要提供在線實(shí)時數(shù)據(jù)檢測，因此，對那些具有較大滯后特性的離線檢測傳感裝置，一般不能用于模糊控制系統(tǒng)中。在模糊控制系統(tǒng)中，

13、模糊推理控制器是核心部件，它由計(jì)算機(jī)模擬人腦思維推理方式，采用模糊的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)精確的控制目的。模糊推理控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，主要取決于模糊推理控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素。雖然smith預(yù)估控制中的模糊控制器有許多優(yōu)點(diǎn)，但它仍不能單獨(dú)代替smith預(yù)估控制方案中的pid調(diào)節(jié)器。因?yàn)槟：刂破鞯妮敵鍪歉鶕?jù)偏差和偏差的變化進(jìn)行推理得到的，本質(zhì)上屬于pd控制，無法消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.而且模糊控制器的控制效果不僅與控制規(guī)則有關(guān)，還與量化因子，比例因子的選擇有關(guān)，量化因子和比例因子的大小及其不同量化因子之間的相對關(guān)系，對模糊控

14、制器的控制性能影響極大，而要得到一組合適的參數(shù)并不容易。同時，雖然模糊控制器對模型參數(shù)變化不敏感，但smith預(yù)估器的模型與對象模型相差較大時，模糊控制器也顯得無能為力，若對模糊控制器和smith預(yù)估器進(jìn)行改進(jìn)，則能改進(jìn)系統(tǒng)控制性能。三、一種改進(jìn)的自適應(yīng)smith預(yù)估控制系統(tǒng)本系統(tǒng)是一種基于smith預(yù)估控制的改進(jìn)方法，它對預(yù)估模型和實(shí)際對象存在較大誤差的情況下很有效。因?yàn)樵诠I(yè)現(xiàn)場，影響因素很多，使實(shí)際對象存在嚴(yán)重的不確定性，想要獲取準(zhǔn)確的模型幾乎是不可能的。因此，研究出魯棒性良好的改進(jìn)型smith預(yù)估控制系統(tǒng)對于實(shí)際工業(yè)過程的控制是十分有意義的。，一般的smith預(yù)估控制系統(tǒng)難以在實(shí)際中得

15、到真正的應(yīng)用。但是，如果將預(yù)估模型不斷調(diào)整，使之和實(shí)際對象相匹配，那么系統(tǒng)的控制效果就會得到明顯改善。因此自適應(yīng)制方案和smith預(yù)估的結(jié)合是很自然的。2.1.2.時滯系統(tǒng)控制方法的發(fā)展趨勢工業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)模化使工業(yè)過程變得更為復(fù)雜，大時滯、時變性和嚴(yán)重非線性對工業(yè)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因此需要更高級、更快速、更可靠和更有效的控制方法。由于物料和能量的傳輸存在延時，使得被控對象具有純滯后性質(zhì)，對象的這種純滯后性質(zhì)對控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。實(shí)踐表明，當(dāng)對象的純滯后時間t與對象的主導(dǎo)時間常數(shù)tm之比t/tm0.5時，采用常規(guī)的pid控制會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，甚至產(chǎn)生振蕩。在基于參數(shù)模型的控

16、制方法中，smith預(yù)估控制是最經(jīng)典和最成熟的方法，它不僅使設(shè)定值和外部擾動輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零，還可以結(jié)合很多智能控制方法形成各種改進(jìn)的智能smith預(yù)估控制系統(tǒng)，提高控制的品質(zhì)。對于時滯系統(tǒng)模型的不確定性和干擾的不可知性，非參數(shù)模型顯得更為有效，因此智能控制開始進(jìn)入時滯系統(tǒng)，其中模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以發(fā)揮很大的作用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有學(xué)習(xí)與適應(yīng)嚴(yán)重不確定性動態(tài)特性的能力，并且具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯性，模糊控制理論具有處理不精確信息的能力，從而使模糊控制能模仿人的經(jīng)驗(yàn)對復(fù)雜被控對象進(jìn)行專家式的控制，但是對于時滯過程，如何獲取有效的控制規(guī)則仍然是一難題。自適應(yīng)控制方法的出現(xiàn)又豐富了時滯系統(tǒng)的控制方法

17、，它和其他方法結(jié)合形成了各種有效實(shí)用的新方法，有很大的優(yōu)越性。魯棒控制和變結(jié)構(gòu)控制針對時滯系統(tǒng)的控制在理論上的研究也很成功，但它們計(jì)算復(fù)雜，有時會出現(xiàn)找不到解的情況，因此，其應(yīng)用價(jià)值在當(dāng)前仍然有限。因此，時滯系統(tǒng)的控制不是單一的方法就可以完善解決的，工業(yè)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與完善可以很容易地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜且高級的控制算法，因此，針對時滯過程的特點(diǎn)，開發(fā)與設(shè)計(jì)出各種智能控制方法或以不同的形式結(jié)合在一起，將是解決工業(yè)時滯過程的有效途徑。本次課程設(shè)計(jì)就是采用pid控制與smith預(yù)估控制相結(jié)合的復(fù)合控制算法。2.2史密斯(smith)預(yù)估器2.2.1史密斯補(bǔ)償原理 在圖6.14所示的單回路控制系統(tǒng)中，控制器的

18、傳遞函數(shù)為d(s)，被控對象傳遞函數(shù)為gp(s)e-ts，被控對象中不包含純滯后部分的傳遞函數(shù)為gp(s)，被控對象純滯后部分的傳遞函數(shù)為e-ts。圖2.2.1 純滯后對象控制系統(tǒng)圖6.14所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： (2.1) 由式(2.1)可以看出，系統(tǒng)特征方程中含有純滯后環(huán)節(jié)，它會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 史密斯補(bǔ)償?shù)脑硎牵号c控制器d(s)并接一個補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控對象中的純滯后部分，這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為gp(s)(1-e-ts)，t為純滯后時間，補(bǔ)償后的系統(tǒng)如圖2.2所示。圖2.2.2 史密斯補(bǔ)償后的控制系統(tǒng) 由控制器d(s)和史密斯預(yù)估器組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為

19、 (2.2)根據(jù)圖2.2可得史密斯預(yù)估器補(bǔ)償后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2.3) 由式(2.3)可以看出，經(jīng)過補(bǔ)償后，純滯后環(huán)節(jié)在閉環(huán)回路外，這樣就消除了純滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。拉氏變換的位移定理說明e-ts僅僅將控制作用在時間座標(biāo)上推移了一個時間t，而控制系統(tǒng)的過渡過程及其它性能指標(biāo)都與對象特性為gp(s)時完全相同。2史密斯預(yù)估器的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)由圖2.2可以得到帶有史密斯預(yù)估器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.3所示。圖中，h0(s)為零階保持器，帶零階保持器的廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為 （2.4）g'(z)為被控對象中不具有純滯后部分的脈沖傳遞函數(shù)，nt/t，t是被控對象純滯后時間

20、，t是系統(tǒng)采樣周期。圖2.2.3史密斯補(bǔ)償計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)d(z)就是要在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的史密斯補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為 (2.5)對于控制器d(z)，可以采用如下方法確定：不考慮系統(tǒng)純滯后部分，先構(gòu)造一個無時間滯后的閉環(huán)系統(tǒng)(見圖2.4)，根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)理想特性要求確定的閉環(huán)傳遞函數(shù)為(z)，則數(shù)字控制器d(z)為 (2.6)圖2.2.4無時間滯后的閉環(huán)系統(tǒng)smith預(yù)估控制系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是將滯后環(huán)節(jié)移到了閉環(huán)外，使控制品質(zhì)大大提高，而smith預(yù)估控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是太過依賴精確的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)估計(jì)模型和實(shí)際對象有誤差時，控制品質(zhì)會顯著惡化，甚至發(fā)散，而且對于外部干擾非常敏感，魯棒性較差。2.2.2 sm

21、ith 控制器的設(shè)計(jì) 從液位滯后smith 預(yù)估控制系統(tǒng)的原理可以看出，此改進(jìn)型smith 預(yù)估器的參數(shù)整定主要涉及對象模型參數(shù)的獲得，因此其整定的步驟如下：a 獲得對象的數(shù)學(xué)模型用飛升曲線法，測得被控對象的特性曲線，然后通過分析曲線特性獲得對象的數(shù)學(xué)模型。b 將模型參數(shù)作為 smith 控制器的參數(shù)c 根據(jù)實(shí)際的控制效果，調(diào)整參數(shù)，直至達(dá)到較佳的控制效果2.3 對象建模2.3.1單容水箱液位控制系統(tǒng)組成：1、被控對象：單容水箱如圖2.3.1。 圖2.3.1 含有一個入水閥，一個泄水閥，單入單出的被控對象，平衡點(diǎn)處可近似一階慣性環(huán)節(jié)。尺寸：高度25cm，內(nèi)徑7.5cm，外徑7.6cm 。2、檢

22、測裝置：壓力液位傳感器圖2.3.2是這種根據(jù)壓阻效應(yīng)工作的半導(dǎo)體壓力測量元件的結(jié)構(gòu)示意圖，在杯狀單晶硅膜片的表面上，沿一定的晶軸方向擴(kuò)散著一些長條形電阻。當(dāng)硅膜片上下兩側(cè)出現(xiàn)壓差時，膜片內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。圖2.3.2為了減小半導(dǎo)體電阻隨溫度變化引起的誤差，在硅膜片上常擴(kuò)散四個阻值相等的電阻，以便接成橋式輸出電路獲得溫度補(bǔ)償，如下圖所示。平面式彈性膜片受壓變形時，中心區(qū)與四周的應(yīng)力方向是不同的。在膜片上用擴(kuò)散法制造電阻時，將四個橋臂電阻中的兩個置于受壓區(qū)，這樣如圖接成推挽電路測量壓力時，電阻溫度漂移可以得到很好的補(bǔ)償，而輸出電壓加倍。在使用幾伏的電源電壓時，橋路輸出信號幅度

23、可達(dá)幾百毫伏。這樣，后面只要用一個普通的運(yùn)算放大器，便可將它轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。圖2.3.3工作原理：當(dāng)被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸v/a電壓、電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的420ma標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖2.3.4電動控制閥如圖2.3.4電動控制閥通過改變管路的流通面積來改變控制通過的流量。其主要包括電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和體體兩部分?？刂崎y部分主要由閥桿、閥體、閥芯、及閥座等部件組成。當(dāng)閥芯在閥體內(nèi)上下移動時，可改變閥芯閥座間的流通面積。圖2.3.5 電動控制閥原理圖電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用隨動

24、系統(tǒng)的方案組成，如上圖所示。從控制器來的信號通過伺服放大器驅(qū)動電動機(jī)，經(jīng)減速器帶動控制閥，同時經(jīng)位置發(fā)信器將閥桿行程反饋給伺服放大器，組成位置隨動系統(tǒng)。依靠位置負(fù)反饋，保證輸入信號準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為閥桿的行程。單容水箱建模：v1v2循環(huán)泵調(diào)節(jié)閥手動輸入q1圖2.3.6 單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)水箱的進(jìn)水量為q1，出水量為q2，水箱的液面高度為h，出水閥v2固定于某一開度值。根據(jù)物料動態(tài)平衡的關(guān)系，求得： 在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得： 式中，t為水箱的時間常數(shù)，r1，r2分別為v1，v2的閥的液阻，c為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量q1的階躍變化量為r0，其拉氏變換式為r0為常量，則輸出液位高度的拉

25、氏變換為：即： 當(dāng)t=t時，則有：當(dāng)時，因而有： 一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖2.3.7所示。階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升的穩(wěn)定值的63%所對應(yīng)的時間，就是水箱的時間常數(shù)t，該時間常數(shù)t也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù)t，其理論依據(jù)是：0h1(t)h1()tt圖 2.3.7 階躍響應(yīng)曲線單容水箱模型參數(shù)實(shí)驗(yàn)整定根據(jù)一階單容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)，固定下水閥，調(diào)整比例閥開度，使水位達(dá)到3cm左右，穩(wěn)定后，突加給定，使比例閥開度增加10%，等到響應(yīng)曲線穩(wěn)定后，測得穩(wěn)態(tài)值為13.5cm，記錄好28.3%與63.2%兩點(diǎn)對應(yīng)的時刻，根據(jù)實(shí)驗(yàn)

26、結(jié)果，做出一階單容水箱實(shí)際響應(yīng)曲線：h(t)h()=22th0=3t0=38:13t1=39:53t2=43:07圖2.3.8一階單容水箱實(shí)際響應(yīng)曲線 計(jì)算k=6.3，所以， 故一階單容水箱傳遞函數(shù)為2.4 單回路水位pid控制2.4.1 單回路水位pid控制設(shè)計(jì)擬設(shè)計(jì)閉環(huán)反饋單回路液位控制，用一個控制器來控制一個被控參數(shù)，而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(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)中的被控參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。 圖2.4.1 單回路上水箱液位控制系統(tǒng)用臨界比例度法整定pid控制器參數(shù)： 在只有比例控制作用下（將積分時間放到最大，微分時間放

27、到最?。?，先把比例系數(shù)k放在較小值上，然后逐步增加控制器的比例系數(shù)，并且每當(dāng)增加一次比例系數(shù)，待被控量回復(fù)到平衡狀態(tài)后，再手動給系統(tǒng)施加一個5%15%的階躍擾動，觀察被控量變化的動態(tài)過程。若被控量為衰減的振蕩曲線，則應(yīng)繼續(xù)增加比例系數(shù)，直到輸出響應(yīng)曲線呈現(xiàn)等幅振蕩為止。如果響應(yīng)曲線出現(xiàn)發(fā)散振蕩，則表示比例系數(shù)控制得過大，應(yīng)適當(dāng)減少，使之出現(xiàn)等幅振蕩。圖2.4.2為它的實(shí)驗(yàn)方塊圖。圖2.4.2 具有比例控制器的閉環(huán)系統(tǒng)在圖2.4.3系統(tǒng)中，當(dāng)被控量作等幅蕩時，此時的比例系數(shù)k就是臨界比例系數(shù)，用km表示之，此時的臨界比例度為，相應(yīng)的振蕩周期就是臨界周期tm。據(jù)此，按下表可確定pid控制器的三個參

28、數(shù)、ti和td。圖2.4.3 具有周期tm的等幅振蕩表2.1 用臨界比例度k整定pid控制器的參數(shù)控制器參數(shù)控制器名稱比例度（1/kp）積分時間ti(s)微分時間td(s)p2pi2.20.85tmpid1.70.5tm0.13tm表格中給出的參數(shù)值是對控制器參數(shù)的一個初略設(shè)計(jì)，因?yàn)樗歉鶕?jù)大量實(shí)驗(yàn)而得出的結(jié)論。若要更滿意的動態(tài)過程（例如：在階躍作用下，被調(diào)參量作4：1的衰減振蕩），則要在表格給出參數(shù)的基礎(chǔ)上，對、ti（或td）作適當(dāng)調(diào)整。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得2.4.2單回路水位pid控制計(jì)算機(jī)仿真simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該

29、環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于simulink。simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建

30、模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui)，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 在matlab中用simulink對上述單回路pid 控制進(jìn)行仿真，simulink下設(shè)計(jì)圖為：圖 2.4.4 simulink仿真設(shè)計(jì)圖對應(yīng)的pid控制器中參數(shù)設(shè)置為：圖 2.4.5 單回路pid 參數(shù)設(shè)計(jì)2.4.6 針對單位階躍輸入的響應(yīng)曲線2.5 單回路水位smith預(yù)估控制2.5.1單回路水位smith預(yù)估控制設(shè)計(jì)由控

31、制理論可知，純滯后環(huán)節(jié)的存在使系統(tǒng)的相位出現(xiàn)滯后，隨著滯后時間的增加，相位滯后增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。smith提出采用并聯(lián)補(bǔ)償裝置可以消除純滯后對調(diào)節(jié)過程的影響。該控制方法是預(yù)先估計(jì)出系統(tǒng)在基本擾動下的動態(tài)特性，然后對時滯進(jìn)行補(bǔ)償，使延遲的被超調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而消除時滯特性所造成的影響，減小超調(diào)量，提高控制性能。設(shè)控制對象的傳遞函數(shù)為：其中不包含純滯后特性。負(fù)反饋控制系統(tǒng)如圖2.5.1所示。 圖 2.5.1 純滯后對象的負(fù)反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的特征方程為上式中包含有純滯后環(huán)節(jié)，顯然，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，尤其當(dāng)比較大時，系統(tǒng)就會不穩(wěn)定，因

32、此，常規(guī)的調(diào)節(jié)規(guī)律很難使閉環(huán)系統(tǒng)獲得滿意的控制性能。為了改善系統(tǒng)的性能，引入一個與對象并聯(lián)的補(bǔ)償器，使得補(bǔ)償以后的等效傳遞函數(shù)不包含純滯后特性。純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)如圖2.5.2所示。圖2.5.2 smith補(bǔ)償控制系統(tǒng)由上式可知，當(dāng)時，可以使等效對象的傳遞函數(shù)不包含純滯后特性，這種補(bǔ)償器即為smith預(yù)估器。smith預(yù)估器事實(shí)上，將補(bǔ)償器關(guān)聯(lián)在控制對象上很難實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)時，是關(guān)聯(lián)在 圖2.5.3 圖2.5.2的等效圖負(fù)反饋調(diào)節(jié)器上的，因此，圖2.5.2可以轉(zhuǎn)換成圖2.5.3的形式。 經(jīng)過純滯后補(bǔ)償控制，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：可以看到，經(jīng)過純滯后補(bǔ)償后，閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為：上式中已經(jīng)不包

33、含。一個閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于其閉環(huán)特征方程式，經(jīng)過smith預(yù)估補(bǔ)償滯后，原來含時滯閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程式中不再含有純滯后環(huán)節(jié)，而是將系統(tǒng)的控制過程曲線在時間軸上推遲了一個時間，所以預(yù)估補(bǔ)償消除了純滯后過程的不利影響，使系統(tǒng)品質(zhì)與無滯后過程完全相同?？梢?，從理論上講smith預(yù)估控制在一定范圍內(nèi)能克服純滯后的影響。2.5.2單回路水位smith預(yù)估控制計(jì)算機(jī)仿真在matlab中用simulink對上述單回路smith預(yù)估控制進(jìn)行仿真，simulink下設(shè)計(jì)如圖2.5.4： 圖 2.5.4 單回路smith預(yù)估simulink仿真圖圖2.5.5 pid控制器中參數(shù)設(shè)置圖2.5.6 單位階躍

34、輸入的響應(yīng)曲線2.6 仿真結(jié)果分析反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)整定；當(dāng)參數(shù)適當(dāng)值時，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。對系統(tǒng)進(jìn)行控制指標(biāo)的綜合考慮，系統(tǒng)反復(fù)調(diào)試，最終達(dá)到理想效果。smith具有純滯后的pidsmith算法控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： (1)系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快、調(diào)節(jié)精度提高、穩(wěn)態(tài)性能好；(2)降低了超調(diào)量、減少了振蕩次數(shù)、動態(tài)性能優(yōu)良；(3)在被控對象參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)的魯棒性較強(qiáng)，控制品質(zhì)好。三 基于plc的單容水箱smith預(yù)估控制設(shè)計(jì)3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹實(shí)驗(yàn)裝置中主要包含：不銹鋼儲水箱、串接圓筒有機(jī)玻璃左上水箱、左下水箱、右上水箱、右下水箱四容水箱。純滯后水箱等實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)動力支路分兩路組成：一路由單相動力循環(huán)水泵、

35、電動控制閥、電磁流量計(jì)、水管及手動切換閥組成；另一路由動力水泵、變頻調(diào)速器、渦輪流量計(jì)、水管及手動切換閥組成。實(shí)驗(yàn)裝置中檢測變送和執(zhí)行元件包括：壓力液位傳感器、溫度傳感器、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、控制閥等。實(shí)驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)如圖3.1.1所示。圖3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)是在西門子s7300plc控制器下實(shí)現(xiàn)，下面介紹西門子s7300plc控制器。其核心的實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3.1.2所示。該系統(tǒng)主要包括：plc控制器部分、具有上位機(jī)監(jiān)控操作功能的學(xué)生終端部分、過程實(shí)驗(yàn)裝置、具有實(shí)驗(yàn)信息管理功能的教師終端設(shè)備。 圖3.1.2 基于plc實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制臺部分：控制臺右邊為信號i

36、/o接口部分，從上到下依次有開關(guān)量i/o信號通道接口、模擬量輸入信號通道接口、模擬量輸出信號通道接口。控制臺左邊為plc控制器。從左到右分別為24vdc電源模塊、cpu315主機(jī)模塊，8路模擬量輸入sm331模塊、2路模擬量輸入sm331模塊（2塊）、4路模擬量輸入sm332模塊、數(shù)字量8路8出開關(guān)量sm323模塊。plc采用12路模擬量1-5v電壓輸入；plc的8路模擬量輸入模塊1中的ai7已經(jīng)直接和夾套溫度信號固定連接。plc的4路模擬量采用4-20ma電流輸出形式。plc數(shù)字量輸入/輸出模塊采用工作電壓為dc24v。水箱液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體介紹該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，smith預(yù)估控制部分用fx

37、系列的plc和模擬量fx-4ad模塊實(shí)現(xiàn)；通過壓力液位傳感器檢測水箱液位，壓力變送器將壓力信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過plc的內(nèi)部處理將模擬量轉(zhuǎn)化成可識別的數(shù)字量與設(shè)定值比較處理，在將控制信號作用于控制調(diào)功器上，以此來控制變頻電機(jī)的頻率，從而影響進(jìn)水量大小，實(shí)現(xiàn)對水箱液位的閉環(huán)控制。水位控制i/o模塊介紹 在工業(yè)控制中，某些輸入量（例如流量、溫度、轉(zhuǎn)速等）是連續(xù)變化的模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求plc輸出模擬信號，而plc的cpu只能處理數(shù)字量。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流和電壓。其中，d/a轉(zhuǎn)換器將plc的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量

38、i/o模塊的主要任務(wù)就是完成a/d轉(zhuǎn)換和d/a轉(zhuǎn)換。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)選用模擬量輸入模塊fx2n-4ad，該模塊用4個12位模擬量輸入通道，輸入量程為dc-10v-+10v和420ma，轉(zhuǎn)換速度為15ms/通道或6ms/通道（高速）。3.2 單容水箱液位smith預(yù)估控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)實(shí)時液位aipc/ppi通信組態(tài)王step7上位機(jī)plc液位傳感器單容水箱液位傳感器ao閥門開度 單容水箱液位smith預(yù)估控制組包括上位計(jì)算機(jī)通過pc/ppi電纜和下位機(jī)plc串口通信，上位機(jī)安裝有step7編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件，可以進(jìn)行控制算法編程，并為過程控制實(shí)驗(yàn)提供良好的人機(jī)界面，可以在實(shí)驗(yàn)時進(jìn)行參

39、數(shù)的設(shè)定修改以及響應(yīng)曲線的在線顯示,進(jìn)行整個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控。 圖3.2.1 單容水箱smith預(yù)估系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)如圖3.2.1所示。檢測變送器將被控量轉(zhuǎn)換為4-20ma信號,通過plc模擬量輸入通道a/d轉(zhuǎn)換為6400-32000的數(shù)字量,plc控制程序?qū)斎胄盘柌蓸印V波,與設(shè)定值比較后進(jìn)行pid運(yùn)算輸出操作量,經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換為4-20ma信號給電動調(diào)節(jié)閥。 圖3.2.2 單容水箱smith預(yù)估方框圖圖3.2.3單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖3.3 單容水箱smith預(yù)估軟件流程系統(tǒng)控制功能由初始化程序?qū)υO(shè)定值、pid控制參數(shù)、定時中斷時間等進(jìn)行初始化設(shè)定, 并啟動周期定時中斷, 中斷(采樣)時間

40、到, 則進(jìn)入中斷程序, 進(jìn)行采樣濾波、量程轉(zhuǎn)換, 實(shí)現(xiàn)要求的控制算法。pid控制算法利用s7-300的pid指令實(shí)現(xiàn)。軟件流程圖如圖3.3.1所示初始化啟動周期定時器采樣時間到？ny采樣濾波輸入量程轉(zhuǎn)換pid運(yùn)算smith預(yù)估器輸出量程轉(zhuǎn)換輸出操作值 圖3.3.1 程序流程圖程序如下：sy1: l iw 0 t mw 0 /信號從ai0裝載到mw0 call "scale" /調(diào)用scale程序塊,把信號轉(zhuǎn)化為0100 cm的液位信號. in :=mw0 hi_lim :=3.000000e+001 lo_lim :=0.000000e+000 bipolar :=fals

41、e ret_val :=mw2 out :=md4call "unscale" /調(diào)用unscale程序塊,把0100%的控制信號轉(zhuǎn)化為16位數(shù)據(jù). in :=md10 hi_lim :=1.000000e+002 lo_lim:=0.000000e+000 bipolar:=false ret_val:=mw14 out :=mw16 l mw 16 t qw 0 /把已轉(zhuǎn)化的控制信號數(shù)據(jù)裝載到ao0,并輸出. ju endsy4: l iw 0 t mw 0 /信號從ai0裝載到mw0 call "scale" /調(diào)用scale程序塊,把信號轉(zhuǎn)化為0

42、100 cm的液位信號. in :=mw0 hi_lim :=3.000000e+001 lo_lim:=0.000000e+000 bipolar:=false ret_val:=mw2 out :=md4 call "cont_c" , db41 com_rst := man_on := pvper_on:=false p_sel := i_sel := int_hold:= i_itl_on:= d_sel :=true cycle := sp_int :=md204 pv_in :=md4 pv_per := man :=md400 gain := ti := td

43、 := tm_lag := deadb_w := lmn_hlm := lmn_llm := pv_fac := pv_off := lmn_fac := lmn_off := i_itlval:= disv := lmn :=md208 lmn_per :=qw0 qlmn_hlm:= qlmn_llm:= lmn_p := lmn_i := lmn_d := pv :=md200 er := an db41.dbx 0.1 jnb sd4 l db41.dbd 72 t db41.dbd 16 jnb a4sd4: l db41.dbd 16 t db41.dbd 72a4: ju end

44、3.4 單容水箱smith預(yù)估接線圖 圖3.3.2 端子接線圖四 硬件連接及調(diào)試4.1 設(shè)備 包括整體線路連接，plcpc(wincc)連接兩部分，系統(tǒng)整體線路連接示意圖如下： 圖4.1 設(shè)備圖4.2 step 7 硬件組態(tài) 使用step 7軟件組態(tài)plc的硬件信息，將相應(yīng)的板卡在hardware進(jìn)行硬件組態(tài)，選擇你將要連接wincc的對應(yīng)端口，如果其類型為mpi/dp，則需要將端口指定為profibus，如下圖所示： 圖4.2 操作頁面圖a設(shè)置該profibus端口的地址為2 b點(diǎn)擊new按鈕，在subnet下新建一個profibus網(wǎng)絡(luò)，在彈出的對話框中設(shè)置參數(shù)，如圖2.2所示： 圖4.3

45、 操作頁面圖其中重要參數(shù)如下： highest profibus address： 指整個profibus網(wǎng)絡(luò)中的最高的站點(diǎn)地址，默認(rèn)為126，可作修改。 transmission rate： profibus網(wǎng)絡(luò)的通訊速率，整個網(wǎng)絡(luò)中所有站點(diǎn)的通訊串列傳輸速率應(yīng)當(dāng)一致。 profile： 具體的傳輸協(xié)議的設(shè)置，這里我們使用dp。4.3 wincc參數(shù)設(shè)置 打開wincc工程在tag management->simatic s7 protocol suite->profibus 右鍵單擊profibus，在彈出菜單中點(diǎn)擊system parameter，如圖 所示，彈出system

46、 parameter- profibus對話框，選擇unit標(biāo)簽，查看logic device name（邏輯設(shè)備名稱）。默認(rèn)安裝后，邏輯設(shè)備名為cp_l2_1:，如圖 所示： 圖4.4 操作頁面圖4.3.1 設(shè)置pg/pc interface 進(jìn)入windows操作系統(tǒng)下的控制面板，雙擊set pg/pc interface圖示，在interface parameter assignment used:的列表中，點(diǎn)擊cp5611(profibus)，而后在access point of the application:的下拉列表中顯示：cp_l2_1:cp5611(profibus)，如圖2

47、.7所示。 圖6-5 操作頁面圖4.3.2 添加驅(qū)動連接，設(shè)置參數(shù) 打開wincc工程在tag management->simatic s7 protocol suite->profibus，右鍵單擊profibus，在下拉菜單中，點(diǎn)擊new driver connection，如圖1示，在彈出的connection properties對話框中點(diǎn)擊properties按鈕，彈出connection parameters-profibus屬性對話框，填入?yún)?shù)，如圖2所示： 圖6-6 操作頁面圖 程序編輯完成并編譯無誤時，點(diǎn)擊圖示下載到控制系統(tǒng)中。五 總結(jié)1.pid參數(shù)對控制效果的影

48、響從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等方面來評價(jià)kc、ti和td參數(shù)對系統(tǒng)的作用，如下：比例參數(shù)kc的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高調(diào)節(jié)精度。p越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生大的超調(diào)，甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生震蕩；p過小，系統(tǒng)響應(yīng)會很慢，調(diào)節(jié)精度降低，其靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。積分參數(shù)ti的作用消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。ti越小，積分作用越強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但當(dāng)ti過小，會在響應(yīng)初期產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，引起較大的超調(diào)；過大的ti會影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，有較大的穩(wěn)態(tài)誤差。微分參數(shù)td的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，能反映偏差信號的變化趨勢，提前引入修正信號，加快系統(tǒng)動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。2

49、 具有純滯后的pidsmith算法控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)通過課程設(shè)計(jì)得出有純滯后的pidsmith算法控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快、調(diào)節(jié)精度提高、穩(wěn)態(tài)性能好；降低了超調(diào)量、減少了振蕩次數(shù)、動態(tài)性能優(yōu)良；在被控對象參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)的魯棒性較強(qiáng)，控制品質(zhì)好。本文沒有做出實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì),只是基于simulink下的仿真而得到的結(jié)論,應(yīng)該說是不成功的,但還是得到了smith控制對純滯后系統(tǒng)的性能改善。本文為工業(yè)過程控制中的大滯后、時變等復(fù)雜系統(tǒng)的控制提供了一種良好的選用方案。六 體會與心得 通過這次的課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題和搜索查找有用信息的能力。之前對matlab并不了解，特別是si

50、mulink幾乎沒有聽過，現(xiàn)在加深了對matlab知識的理解和比較熟練的使用simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在小組成員的共同努力下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘。 課程設(shè)計(jì)誠然是一

51、門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一個實(shí)際的工程項(xiàng)目，將我們大學(xué)學(xué)到的專業(yè)知識融匯起來，使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真，熟練掌握了pid控制器的設(shè)計(jì),熟悉了plc控制、儀表和電路的連線方法；以及如何實(shí)驗(yàn)smith預(yù)估控制器改進(jìn)的純滯后系統(tǒng)性能等等，加強(qiáng)了通過各種渠道查詢資料的能力。通過對純滯后系統(tǒng)的smith控制算法研究，讓我對pid、純滯后、simulink及matlab的編程都有了更深的認(rèn)識。 我認(rèn)為通過這次課程設(shè)計(jì)不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會

52、了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。 回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。 七 參考文獻(xiàn)1 西門子（中國）有限公司 編，深入淺出西門子s7-200plc（第三