水箱液位控制課程設(shè)計(jì)-自動(dòng)化

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：水箱液位控制系統(tǒng)班 級(jí)：自動(dòng)化0901班學(xué) 號(hào)：20092400姓 名：劉弟文指導(dǎo)教師：王姝 梁巖設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年5月7日至5月25日摘要水箱液位控制系統(tǒng)是典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在工業(yè)應(yīng)用上可以模擬水塔液位、爐內(nèi)成分等多種控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)將電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)分別作為主管道和副管道控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制水箱液位高度。首先通過(guò)測(cè)取被控液位高度過(guò)程的圖像，建立了主回路的進(jìn)水流量和主管道流量、進(jìn)水流量和水箱（上）液位高度、副回路進(jìn)水流量和水箱（上）液位、雙容水箱的進(jìn)水流量和水箱（下）液位之間的數(shù)學(xué)模型，從而加強(qiáng)了對(duì)液位控制系統(tǒng)的了解。然后，

2、通過(guò)參數(shù)試湊法對(duì)PID參數(shù)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了單容水箱液位（上）的單回路控制系統(tǒng)和雙容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。最后通過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)雙容水箱滯后過(guò)程已經(jīng)串級(jí)水箱液位過(guò)程和前饋控制系統(tǒng)的理解，對(duì)工業(yè)控制工程中對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程有了一定的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：水箱液位 控制器 PID參數(shù)整定 串級(jí)控制 前饋控制 28目 錄1 引言32 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求32.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過(guò)程建模32.2 實(shí)現(xiàn)單容水箱（上）液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.3 實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位（上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.4 實(shí)現(xiàn)水箱（上）液位與進(jìn)水流量的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.5 實(shí)現(xiàn)副回路進(jìn)水流量的

3、前饋控制53 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過(guò)程建模53.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)53.2 過(guò)程建模63.2.1 進(jìn)水流量和主管道流量模型63.2.2 進(jìn)水流量和上水箱液位模型83.2.3 副回路流量與上水箱液位數(shù)學(xué)模型93.2.4 雙容水箱串聯(lián)進(jìn)水流量與下水箱液位模型114 單容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.1 結(jié)構(gòu)原理124.2 單容水箱控制器PID參數(shù)整定134.2.1 單容水箱比例系數(shù)Kp的整定144.2.2 單容水箱積分時(shí)間參數(shù)整定144.2.3 單容水箱微分時(shí)間參數(shù)整定154.3 單容水箱旁路階躍干擾響應(yīng)曲線154.4 單容水箱副回路進(jìn)水階躍干擾響應(yīng)曲線164.5 干擾頻繁劇烈變化的解決辦法175 雙容

4、水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)175.1 雙容水箱單回路控制系統(tǒng)原理175.2 雙容水箱控制器PID參數(shù)整定仿真實(shí)驗(yàn)195.2.1 比例參數(shù)的整定195.2.2 積分常數(shù)參數(shù)的整定205.2.3 微分常數(shù)參數(shù)的整定205.3 雙容水箱抗干擾能力檢驗(yàn)215.4 雙容水箱提高控制質(zhì)量方法216 實(shí)現(xiàn)上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)226.1 串級(jí)副回路參數(shù)整定246.2 串級(jí)主回路參數(shù)整定256.2.1 串級(jí)主回路比例參數(shù)整定266.2.2 串級(jí)主回路積分參數(shù)整定266.2.3 串級(jí)主回路微分參數(shù)整定276.2.4 串級(jí)控制系統(tǒng)給定負(fù)階躍響應(yīng)曲線276.3 副回路進(jìn)水流量劇烈變化解決辦法27

5、7 副回路進(jìn)水流量的前饋控制287.1 副回路進(jìn)水流量和水箱上液位前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)287.2 前饋控制器模型的確立287.3前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定297.4 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)不加前饋控制器298 收獲體會(huì)和建議30 1 引言 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)自控控制系統(tǒng)理論知識(shí)的理解，了解了一些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程，結(jié)合了所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用過(guò)程，提高了動(dòng)手能力。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)過(guò)程的建模及PID參數(shù)整定，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟有了更清晰的步驟。并發(fā)現(xiàn)自己理論知識(shí)的不足的地方，在今后的過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)自己所缺乏的理論知識(shí)。針對(duì)本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)老師們提出一點(diǎn)建

6、議，本次課程設(shè)計(jì)的程序，界面都是事先做好的。我覺(jué)得下次老師可以把寫(xiě)程序和編界面作為課設(shè)的內(nèi)容，讓同學(xué)們有機(jī)會(huì)真正的熟悉設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)的過(guò)程。2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過(guò)程建模描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)圖及語(yǔ)言描述）。 利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和主管道流量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫(xiě)出具體的建模步驟及結(jié)果。 利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和水箱（上）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫(xiě)出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）。 利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立副回路流量和水箱（上）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫(xiě)出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對(duì)象的階躍響應(yīng)曲

7、線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）。 利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立雙容水箱（上下串聯(lián)）的進(jìn)水流量（上水箱進(jìn)水）和水箱（下）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫(xiě)出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）。2.2 實(shí)現(xiàn)單容水箱（上）液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畫(huà)出此單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖。詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義。說(shuō)明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能。 采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。要求在PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，按控制質(zhì)量從壞到好分別（P，PI，PID）記錄6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線

8、，控制質(zhì)量指標(biāo)），并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握PID控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響。控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)旁路干擾閥（3種開(kāi)度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。打開(kāi)副回路進(jìn)水閥（3種開(kāi)度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。2.3 實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位（上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畫(huà)出此單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖。詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義。說(shuō)明該控制系統(tǒng)的

9、控制依據(jù)和控制功能。采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。要求在PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，按控制質(zhì)量從壞到好分別（P，PI，PID）記錄6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握PID控制作用對(duì)控制質(zhì)量的影響?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)旁路干擾閥（3種開(kāi)度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。打開(kāi)副回路進(jìn)水閥（3種開(kāi)度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)

10、）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。2.4 實(shí)現(xiàn)水箱（上）液位與進(jìn)水流量的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畫(huà)出此串級(jí)控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義；說(shuō)明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能；分析該控制系統(tǒng)和液位單回路控制系統(tǒng)相比有哪些變化，這些變化會(huì)使得該系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)。采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)主、副控制器參數(shù)，使控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。要求寫(xiě)出調(diào)試控制器參數(shù)的具體步驟。在PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程中，記錄10組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）來(lái)說(shuō)明你的調(diào)試過(guò)程，并說(shuō)明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因。在設(shè)定值發(fā)生階躍變化（設(shè)定值階躍增大及設(shè)定值階躍

11、減?。r(shí)，觀察并記錄控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）。打開(kāi)旁路干擾閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）；并和（1）中的控制質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，分析并說(shuō)明控制質(zhì)量變化的原因。打開(kāi)副回路進(jìn)水閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）；并和（1）中的控制質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，分析并說(shuō)明控制質(zhì)量變化的原因。2.5 實(shí)現(xiàn)副回路進(jìn)水流量的前饋控制畫(huà)出此前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細(xì)說(shuō)明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)的物理意義；說(shuō)明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能；分析該控制系統(tǒng)和液位單回路控

12、制系統(tǒng)相比有哪些變化，這些變化會(huì)使得該系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)。試求解前饋控制器的模型。采用簡(jiǎn)化模型代替前饋控制器，利用Matlab仿真軟件調(diào)節(jié)前饋控制器參數(shù)，使得副回路進(jìn)水流量發(fā)生劇烈變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。寫(xiě)出前饋控制器參數(shù)的調(diào)試步驟，記錄與其對(duì)應(yīng)的6組以上的控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程（包括：過(guò)渡過(guò)程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），充分反映你的參數(shù)調(diào)試過(guò)程。 3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過(guò)程建模3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室有兩套水箱液位系統(tǒng)控制，主管道控制系統(tǒng)是由控制器、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、上下串聯(lián)水箱以及水箱液位檢測(cè)變送器組成。副管道控制系統(tǒng)由控制器、變頻器、渦輪流量計(jì)、上下串聯(lián)水箱以及水箱液位檢測(cè)變送器組成。下面以主管

13、道上水箱液位控制系統(tǒng)為例說(shuō)明控制系統(tǒng)工作過(guò)程。系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)模式，如圖3-1所示，調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥，水箱液位過(guò)程為正過(guò)程，控制器為反作用方式。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模式當(dāng)設(shè)置系統(tǒng)工作方式為自動(dòng)時(shí)，可以設(shè)置水箱液位高度r，通過(guò)PID控制器的設(shè)置，控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而保持水箱的液位高度穩(wěn)定。如果出現(xiàn)擾動(dòng)，通過(guò)水箱液位檢測(cè)器反饋，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果反饋值大于設(shè)定值，則e<0，通過(guò)反作用方式控制器，使控制器輸出為正，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，使水箱液位輸出增大，保證了液位高度保持穩(wěn)定值不變。如果反饋值小于設(shè)定值，則e>0，通過(guò)反作用方式控制器時(shí)控制器的輸出為負(fù)，減小調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使水箱液位

14、減小，同樣能保證液位保持穩(wěn)定值不變。其調(diào)節(jié)過(guò)程如下：圖3-2 水箱液位調(diào)節(jié)過(guò)程系統(tǒng)也可以設(shè)置手動(dòng)模式，此時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)切換跳過(guò)PID控制器直接對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行設(shè)置。可以改變進(jìn)水流量，從而改變水箱液位高度，使液位高度達(dá)到新的平衡。3.2 過(guò)程建?？刂瀑|(zhì)量的優(yōu)劣是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制中最重要的問(wèn)題，它主要取決于自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的特性。為了很好的控制一個(gè)過(guò)程，需要知道當(dāng)控制量變化一個(gè)已知量時(shí)，被控量如何改變并最終將改變多少以及向哪個(gè)方向改變、被控量的變化將需要經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間、被控量隨時(shí)間變化的曲線形狀等。這些均依賴于被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。因此，建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

15、與設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是指被控過(guò)程的輸出變量與輸入變量之間的函數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式。測(cè)取階躍響應(yīng)曲線的目的是為了得到表征所測(cè)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，為分析、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，整定控制器參數(shù)或改進(jìn)控制系統(tǒng)提供必要的參考依據(jù)。由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程得數(shù)學(xué)模型，首先就要選定模型得結(jié)構(gòu)，然后再由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)以及時(shí)間滯后，就可以得到被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。3.2.1 進(jìn)水流量和主管道流量模型關(guān)閉副管道回路控制系統(tǒng)，利用主管道將系統(tǒng)工作模式切換至手動(dòng)方式，控制上水箱液位。圖3-3 手動(dòng)模式給定階躍響應(yīng)曲線首先將閥的開(kāi)度設(shè)置為20%，然后通過(guò)調(diào)節(jié)上水箱進(jìn)水閥和出水閥使液位保持穩(wěn)定，實(shí)

16、現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)調(diào)節(jié)。突然改變閥的開(kāi)度，模擬給定階躍變化，觀察上主管道流量變化情況。如圖3所示。圖中紅線為閥的開(kāi)度曲線，可以看出是一個(gè)階躍信號(hào)。粉紅色曲線為電磁流量曲線，通過(guò)放大可以近似為無(wú)滯后一節(jié)慣性模型?？梢约僭O(shè)流量變化模型為： （3.1）一階非周期過(guò)程比較簡(jiǎn)單，只需確定放大系數(shù)及時(shí)間常數(shù)即可獲得傳遞函數(shù)模型。確定靜態(tài)放大系數(shù)：利用所測(cè)取的階躍響應(yīng)曲線估計(jì)并繪出被控量的最大穩(wěn)態(tài)值，如圖4所示，放大系數(shù)為： （3.2）確定時(shí)間常數(shù)：由響應(yīng)曲線起點(diǎn)作切線與相交點(diǎn)在時(shí)間軸上的投影，就是時(shí)間常數(shù)。由于切線不易作準(zhǔn)，從式（3-15）可知，所以響應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)，同理響應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間是2倍時(shí)

17、間常數(shù)，即。圖3-4 無(wú)滯后一階對(duì)象的響應(yīng)曲線通過(guò)wincc界面測(cè)得數(shù)據(jù)，電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值y1=0.1885，給定幅值%為10%階躍響應(yīng)后重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)值y2=0.2517?？梢杂?jì)算出： （3.3）同時(shí)可以計(jì)算出T0時(shí)刻電磁流量值： （3.4）可以對(duì)應(yīng)查找t1(63.2%)的值如下表所示：表3-1 電磁流量T0時(shí)刻表電磁流量t0(0%)t1(63.2%)時(shí)刻04:04:1304:04:21由此可以計(jì)算出T0的值： （3.5）綜上所述，得出進(jìn)水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： （3.6）3.2.2 進(jìn)水流量和上水箱液位模型圖3-3所示黃色曲線為上水箱液位高度曲線，同樣可以看出上水箱液位和主管道

18、流量同樣滿足一階慣性環(huán)節(jié)。上水箱液位和進(jìn)水流量液位之間的模型為： （3.7）但是上水箱液位時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流量的時(shí)間常數(shù)，即，所以模型可以近似為一階慣性模型： （3.8） 通過(guò)Wincc界面測(cè)得數(shù)據(jù)，電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值h1=2.90，進(jìn)水流量近似為階躍響應(yīng)，計(jì)算其幅值時(shí)可以把最大值和最小值換算成100%的階躍，當(dāng)閥的開(kāi)度為100%時(shí)，電磁流量為0.6948，所以有： （3.9）重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h2=13.60?？梢杂?jì)算出K0，同時(shí)可以計(jì)算出T0時(shí)刻電磁流量值： （3.10） （3.11）可以對(duì)應(yīng)查找h1(63.2%)的值如下表所示：表3-2 上水箱液位T1時(shí)刻表上水箱液位h0(0%)h1(6

19、3.2%)時(shí)刻04:04:1304:06:53由此可以計(jì)算出T0的值： （3.12）綜上所述，得出進(jìn)水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： （3.13）3.2.3 副回路流量與上水箱液位數(shù)學(xué)模型關(guān)閉主管道回路控制系統(tǒng)，利用副管道將系統(tǒng)工作模式切換至手動(dòng)方式，控制上水箱液位。首先將變頻器輸出頻率設(shè)置為30Hz，然后通過(guò)調(diào)節(jié)上水箱進(jìn)水閥和出水閥使液位保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)調(diào)節(jié)。突然改變變頻器輸出為35Hz，模擬給定階躍變化，觀察上主管道流量變化情況。如圖3-5黃色曲線為上水箱液位高度曲線，同樣可以看出上水箱液位和副管道流量同樣滿足一階慣性環(huán)節(jié)。上水箱液位和進(jìn)水流量液位之間的模型為： （3.14）圖3-

20、5 副回路手動(dòng)模式給定階躍響應(yīng)曲線但是上水箱液位時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流量的時(shí)間常數(shù)，即，所以模型可以近似為一階慣性模型： （3.15）通過(guò)wincc界面測(cè)得數(shù)據(jù)，電磁流量初始穩(wěn)態(tài)值h1=2.092，副管道進(jìn)水流量近似為階躍響應(yīng)，同樣，計(jì)算其幅值時(shí)可以把變頻器輸出最大值和最小值換算成100%的階躍，當(dāng)變頻器最大為60HZ時(shí)，渦輪流量為0.4513。于是： （3.16）重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h2=18.25。可以計(jì)算出K0同時(shí)可以計(jì)算出T2時(shí)刻電磁流量值： （3.17） （3.18）可以對(duì)應(yīng)查找h1(63.2%)的值如下表所示：表3-3 上水箱液位T2時(shí)刻表上水箱液位h0(0%)h1(63.2%)時(shí)刻10

21、:53:0710:55:56由此可以計(jì)算出T0的值： （3.19）綜上所述，得出進(jìn)水流量與主管道流量之間的數(shù)學(xué)模型為： （3.20）3.2.4 雙容水箱串聯(lián)進(jìn)水流量與下水箱液位模型下水箱液位高度曲線如下圖綠色曲線所示：圖3-6 下水箱液位高度曲線從圖可以看出為S狀的階躍響應(yīng)曲線若對(duì)模型精度要求較高，則應(yīng)采用二階對(duì)象的模型結(jié)構(gòu)，故可以假設(shè)下水箱液位和進(jìn)水流量液位之間的模型為： （3.21）式中，、的求法如下：第一， 求取過(guò)程的靜態(tài)放大系數(shù)。 （3.22）第二，、可根據(jù)階躍響應(yīng)曲線上的兩個(gè)點(diǎn)來(lái)確定，如圖7所示，首先讀取和所對(duì)應(yīng)的時(shí)間和值，測(cè)量時(shí)刻如表3所示。由此可以計(jì)算出，。然后利用下式計(jì)算、。圖

22、3-7 S狀階躍響應(yīng)曲線表3-4 雙容下水箱液位時(shí)刻表下水箱液位h0(0%)h1(40%)h1(80%)時(shí)刻04:04:1304:08:1104:12:43計(jì)算發(fā)現(xiàn)，可采用下式所示的二階環(huán)節(jié)近似，即： （3.23）此時(shí)，時(shí)間常數(shù)為： （3.24）綜上所述可知雙容水箱串級(jí)下水箱液位與進(jìn)水流量模型 （3.25）4 單容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 結(jié)構(gòu)原理在設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)時(shí)，如何選擇控制器，以滿足生產(chǎn)工藝要求至關(guān)重要，如果選擇不當(dāng)，可能根本達(dá)不到控制要求。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)PID控制器參數(shù)整定，進(jìn)一步熟悉了過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖如圖4-1所示。圖4-1 單回路控制

23、系統(tǒng)原理圖根據(jù)原理圖可以畫(huà)出對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)方框圖如下：圖4-2 單回路控制系統(tǒng)的控制原理方框圖PID控制器是調(diào)節(jié)器，需要我們手動(dòng)設(shè)置參數(shù)，其傳遞函數(shù)為： （4.1）調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，隨輸入信號(hào)增大通過(guò)水流量也增大。上水箱液位控制過(guò)程之前已經(jīng)建立過(guò)模型，其傳遞函數(shù)為： （4.2）當(dāng)工作模式切換到自動(dòng)模式時(shí)，PID控制器工作。手動(dòng)設(shè)定液位高度，液位檢測(cè)器檢測(cè)實(shí)際水箱液位高度與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果有偏差，通過(guò)PID控制器，可以改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而改變水箱液位高度，使得水箱液位與設(shè)定值相等。當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)使液位高度改變時(shí)，通過(guò)PID控制器同樣能使液位高調(diào)節(jié)到設(shè)定值不變。4.2 單容水箱控制器PID參數(shù)整定系統(tǒng)

24、設(shè)計(jì)需要調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。本次課程設(shè)計(jì)中采用經(jīng)驗(yàn)湊試法整定PID參數(shù)，達(dá)到的控制效果滿足控制要求。經(jīng)驗(yàn)湊試法（現(xiàn)場(chǎng)湊試法）是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器的參數(shù)放在某一數(shù)值上，直接在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過(guò)改變?cè)O(shè)定值施加擾動(dòng)，觀察過(guò)渡過(guò)程曲線形狀，運(yùn)用、對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為依據(jù)，按規(guī)定的順序?qū)Ρ壤?、積分時(shí)間和微分時(shí)間逐個(gè)進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量本次課程設(shè)計(jì)認(rèn)為比例作用是基本的控制作用，因此，首先把比例度湊試好，待過(guò)渡過(guò)程已基本穩(wěn)定，然后加積分作用以消除余差，最后加入微分作用以進(jìn)一步提高控制質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)操作時(shí),需要把控制方式切換到自動(dòng)模式，首先設(shè)定積

25、分時(shí)間常數(shù)，微分時(shí)間常數(shù)，比例系數(shù)P從小到大改變以試出比較理想的控制效果。4.2.1 單容水箱比例系數(shù)Kp的整定如圖4-3、圖4-4所示為調(diào)試比例系數(shù)過(guò)程，KP=5時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比較大，需要增大比例作用，所以KP應(yīng)該增大。當(dāng)KP=18時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間短，超調(diào)也很小，所以認(rèn)為此時(shí)比例系數(shù)比較合理。 圖4-3 KP=5控制效果 圖4-4 KP=18控制效果但是圖4-4所示的液位高度設(shè)定值是22，而達(dá)到穩(wěn)定時(shí)液位高度為21.2，存在比較大的偏差，所以需要引入積分作用。4.2.2 單容水箱積分時(shí)間參數(shù)整定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)步驟，首先將比力度放大10%20%,取K=15不斷調(diào)節(jié)TI的大小，使之達(dá)到合適

26、的效果。 圖4-5 TI=104ms 圖4-6 TI=7×104ms 圖4-7 TI=8×104ms如圖3-12所示，當(dāng)TI=104ms，階躍響應(yīng)震蕩過(guò)于劇烈，積分作用太強(qiáng)，應(yīng)該減弱積分作用，增大TI。TI=7×104ms，遞減比為7.28:1?？刂菩Ч容^好，再增大積分時(shí)間時(shí)，遞減比反而增大，如圖12，TI=8×104ms，遞減比為8.3:1。綜合以上敘述可知，TI=7×104ms相對(duì)最合理。從實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看可以不加微分作用就能滿足要求。而實(shí)際上單容水箱滯后不明顯，可以不加微分。為了加強(qiáng)對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的了解，我們?nèi)匀灰肓宋⒎肿饔?，但是改善效?/p>

27、作用不大。4.2.3 單容水箱微分時(shí)間參數(shù)整定先將比例度減小10%20%，取KP=16.2，時(shí)間常數(shù)TI=7×104ms，調(diào)節(jié)微分作用。TD=1.5×104ms時(shí)效果比較好，從圖4-8所示。從圖可以看出，引入微分起到的效果并不太理想，所以可以不加微分，只用PI調(diào)節(jié)。圖4-8 PID調(diào)節(jié)效果4.3 單容水箱旁路階躍干擾響應(yīng)曲線通過(guò)PID控制器參數(shù)的整定，可以使輸出穩(wěn)態(tài)值達(dá)到設(shè)定值，且響應(yīng)速度比較快，控制效果好。但是要評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的好壞，不能只看輸出值是否能達(dá)到設(shè)定值，還要看系統(tǒng)是否有抗干擾能力。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有很多因素會(huì)影響控制過(guò)程，我們稱之為擾動(dòng)。為檢驗(yàn)系統(tǒng)是否有抗干擾能力，可以

28、在控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)旁路干擾閥，不同開(kāi)度的旁路閥可以模擬不同的階躍擾動(dòng)。圖4-9 旁路階躍擾動(dòng)如圖4-9所示，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開(kāi)一個(gè)較小開(kāi)度的旁路閥，通過(guò)PID控制器的調(diào)節(jié)，能很快抑制干擾。但是如果旁路閥開(kāi)度太大，即干擾太大，超出了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，此時(shí)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度已經(jīng)為0，但系統(tǒng)卻無(wú)法重新平衡，水箱液位曲線呈發(fā)散狀態(tài)。從整體效果來(lái)看，控制系統(tǒng)能抑制較大的干擾，而且能快速響應(yīng)擾動(dòng)，控制效果好。4.4 單容水箱副回路進(jìn)水階躍干擾響應(yīng)曲線我們都知道，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有很多因素會(huì)干擾控制效果，也有很多通道會(huì)出現(xiàn)這種干擾，剛剛我們通過(guò)改變旁路閥的開(kāi)度來(lái)模擬旁路通道擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)系統(tǒng)

29、的抗干擾能力，我們選擇打開(kāi)副回路進(jìn)水閥，模擬系統(tǒng)擾動(dòng)因素，通過(guò)給副回路進(jìn)水閥不同開(kāi)度可以不同幅值的階躍擾動(dòng)。如圖4-10所示，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，給副回路進(jìn)水閥一個(gè)合適的開(kāi)度，通過(guò)PID控制器的調(diào)節(jié)，能很快抑制干擾。但是如果開(kāi)度太大，即干擾太大，超出了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，此時(shí)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度已經(jīng)為0，但系統(tǒng)卻無(wú)法重新平衡，水箱液位曲線呈發(fā)散狀態(tài)。從整體效果來(lái)看，再次說(shuō)明控制系統(tǒng)能抑制較大的干擾，而且能快速響應(yīng)擾動(dòng)，控制效果好。圖4-10 副回路階躍擾動(dòng)4.5 干擾頻繁劇烈變化的解決辦法如果干擾頻繁劇烈變化，一般可以通過(guò)設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)來(lái)解決。但是兩種方法有不同的適應(yīng)條件。例如可測(cè)不可控干擾無(wú)

30、法設(shè)計(jì)前饋控制系統(tǒng)來(lái)抑制干擾。而可測(cè)可控的因素可以通過(guò)設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，快速抑制擾動(dòng)。在已知被控過(guò)程傳遞函數(shù)的情況下，前饋控制系統(tǒng)理論上可以完全消除干擾。因?yàn)榕月妨髁渴强梢詼y(cè)量也可以通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的輸出來(lái)控制，如果旁路流量的頻繁，劇烈變化對(duì)控制質(zhì)量有著嚴(yán)重的影響，可以設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)抑制擾動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量的影響。而副回路進(jìn)水是可測(cè)不可控的量，所以只能設(shè)計(jì)前饋控制系統(tǒng)來(lái)抑制擾動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量的影響。5 雙容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 雙容水箱單回路控制系統(tǒng)原理雙容水箱單回路控制系統(tǒng)是由兩個(gè)水箱，一個(gè)液位高度檢測(cè)器，一個(gè)控制器，一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成，控制對(duì)象是下水箱液位?？刂圃砼c單容水箱一致，不同的

31、是，雙容水箱有較大的容量滯后，所以PID控制器的設(shè)計(jì)比較麻煩，而且如果僅僅通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，有時(shí)候不一定能達(dá)到控制要求。本次課程設(shè)計(jì)可能由于設(shè)備的原因，調(diào)節(jié)效果不是很理想，沒(méi)有達(dá)到需要的控制指標(biāo)，所以采用MATLAB進(jìn)行仿真模擬雙容水箱PID控制器設(shè)計(jì)過(guò)程。雙容水箱單回路控制原理圖和對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)方框圖如下：圖5-1 雙容水箱單回路控制系統(tǒng)原理圖PID控制器調(diào)節(jié)閥下水箱液位控制過(guò)程液位檢測(cè)變送器 -上水箱液位控制過(guò)程rey擾動(dòng)1擾動(dòng)2圖5-2 雙容水箱單回路控制系統(tǒng)的控制原理方框圖PID控制器是調(diào)節(jié)器，需要我們手動(dòng)設(shè)置參數(shù)，其傳遞函數(shù)為： （4.3）調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，隨輸入信號(hào)增大通過(guò)水流量也增大。上

32、水箱液位控制過(guò)程之前已經(jīng)建立過(guò)模型，下水箱液位控制過(guò)程機(jī)理與雙水箱液位一樣，其傳遞函數(shù)形式都為： （4.4）綜合來(lái)看，雙容水箱串聯(lián)可以寫(xiě)成兩個(gè)水箱過(guò)程相乘，通過(guò)之前的建?？梢灾榔鋫鬟f函數(shù)為： （4.5）與單容水箱單回路控制系統(tǒng)類似，當(dāng)工作模式切換到自動(dòng)模式時(shí)，PID控制器工作。手動(dòng)設(shè)定液位高度，液位檢測(cè)器檢測(cè)實(shí)際水箱液位高度與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果有偏差，通過(guò)PID控制器，可以改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而改變水箱液位高度，使得水箱液位與設(shè)定值相等。與單容水箱單回路控制系統(tǒng)不同的是，雙容水箱液位控制有滯后，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，PID參數(shù)整定比較麻煩。當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)使液位高度改變時(shí)，通過(guò)PID控制器同樣能使液位高度

33、調(diào)節(jié)到設(shè)定值穩(wěn)定不變。5.2 雙容水箱控制器PID參數(shù)整定仿真實(shí)驗(yàn)可能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備的原因，無(wú)法完成PID參數(shù)整定實(shí)驗(yàn)，所以我們對(duì)于雙容水箱液位控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)采用MATLAB仿真，以熟悉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。與實(shí)驗(yàn)單容水箱單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程一樣，采用經(jīng)驗(yàn)湊試法完成PID參數(shù)整定MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。5.2.1 比例參數(shù)的整定雙容水箱比例參數(shù)整定仿真過(guò)程如下，如圖5-3，圖5-4，圖5-5所示。 圖5-3 雙容水箱K=8 圖5-4 雙容水箱K=0.7 圖5-5 雙容水箱K=0.8 圖5-6 雙容水箱K=0.2如圖5-3所示，K=8時(shí)，曲線響應(yīng)快，但是曲線波動(dòng)太大，說(shuō)明比例作用太強(qiáng)，應(yīng)減小K，當(dāng)

34、K=0.002時(shí)，曲線響應(yīng)平緩，說(shuō)明比例作用太弱，應(yīng)該增大K。綜合來(lái)看，當(dāng)K=0.8時(shí)，比較合理。5.2.2 積分常數(shù)參數(shù)的整定 圖5-7 雙容水箱Ti=0.002 圖5-8 雙容水箱Ti=0.005 圖5-9 雙容水箱Ti=0.004如圖所示，積分作用Ti=0.002時(shí)，曲線太平緩，作用太弱，需要增大Ti。Ti=0.005時(shí)作用，超調(diào)太大，需要且達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間太長(zhǎng)，需要減小Ti。Ti=0.004時(shí)，超調(diào)較小，上升時(shí)間和穩(wěn)態(tài)時(shí)間都比較短。所以Ti=0.004比較合理。5.2.3 微分常數(shù)參數(shù)的整定K=0.8，Ti=0.004的情況下，整定微分作用。 圖5-10 雙容水箱Td=100 圖5-11

35、雙容水箱Td=0.5 圖5-12 雙容水箱Td=0.1如圖所示雙容水箱Td=100時(shí)，微分作用太大，需要減小Td，Td=0.5和Td=0.1時(shí)效果不是很明顯，但是放大圖仔細(xì)觀察Td=0.1時(shí)效果稍微好一些。5.3 雙容水箱抗干擾能力檢驗(yàn)利用MATLAB仿真在采樣t為1400時(shí)刻加入一個(gè)擾動(dòng)，觀察雙容水箱控制器參數(shù)整定后抗干擾能力。有圖31可以看出，通過(guò)控制器PID參數(shù)的整定，雙容水箱可以抑制擾動(dòng)對(duì)水箱液位高度的影響。圖5-13 雙容水箱抗干擾能力5.4 雙容水箱提高控制質(zhì)量方法無(wú)論是實(shí)驗(yàn)，仿真，還是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，雙容水箱液位控制由于存在較大的容量滯后而使得響應(yīng)緩慢，減弱了控制作用。響應(yīng)時(shí)間慢，

36、超調(diào)增大。在這種情況下，首先可以通過(guò)引入微分作用抵消部分滯后造成的影響。但是雙容水箱的液位控制調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)偏差也較大，是典型的大滯后系統(tǒng)。若采用簡(jiǎn)單液位信號(hào)單回路控制進(jìn)水流量很難達(dá)到理想效果，因此，可以選用串級(jí)控制系統(tǒng)，以充分利用其改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性、提高其工作頻率的特點(diǎn)。為此，可選擇一個(gè)滯后較小的副參數(shù)，組成一個(gè)快速動(dòng)作的副回路，以減小等效過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，加快響應(yīng)速度，從而取得較好的控制質(zhì)量。因?yàn)閷?shí)際液位受到進(jìn)水流量的直接影響，應(yīng)采用串級(jí)回路調(diào)節(jié)。圖5-16 上下水箱液位串級(jí)原理圖根據(jù)原理圖可以畫(huà)出方框圖如下圖所示。圖5-17 上下水箱液位串級(jí)方框圖6 實(shí)現(xiàn)上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)級(jí)控

37、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水箱（上）液位與進(jìn)水流量的串級(jí)控制系統(tǒng)原理圖如下，該系統(tǒng)相對(duì)于單回路控制系統(tǒng)而言，抑制干擾能力強(qiáng)。干擾對(duì)液位的的影響首先會(huì)引起流量的變化，流量檢測(cè)器檢測(cè)到流量變化之后，首先通過(guò)內(nèi)環(huán)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，如果擾動(dòng)較小，內(nèi)環(huán)能消除干擾，如果擾動(dòng)較大，通過(guò)內(nèi)環(huán)能快速抑制擾動(dòng)，再通過(guò)外環(huán)作用完成水箱液位控制。使液位達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。總而言之，串級(jí)能過(guò)加快控制器消除擾動(dòng)對(duì)液位高度穩(wěn)態(tài)值的影響，提高抗干擾性能。圖6-1 上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)原理圖根據(jù)上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)原理圖可以畫(huà)出對(duì)應(yīng)的方框圖如下所示：圖6-2 上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)方框圖為使串級(jí)控制系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，必須對(duì)其參數(shù)進(jìn)行正確

38、整定。串級(jí)控制系統(tǒng)有主環(huán)和副環(huán)兩個(gè)回路，也就有主、副兩個(gè)控制器，其中任一控制器的任一參數(shù)值發(fā)生變化，對(duì)整個(gè)串級(jí)系統(tǒng)都有影響。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)控制器的參數(shù)整定比單回路控制系統(tǒng)要復(fù)雜一些。但整定的實(shí)質(zhì)卻是相同的，這就是通過(guò)改變控制器的參數(shù)，來(lái)改善控制系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性，以獲得最佳的控制質(zhì)量。串級(jí)控制系統(tǒng)從主回路來(lái)看，是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，因而其控制質(zhì)量指標(biāo)和單回路定值控制系統(tǒng)是一樣的。從副回路來(lái)看，它是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，一般講，對(duì)它的控制質(zhì)量要求不高，只要能準(zhǔn)確、快速地跟隨主控制器的輸出而變化就行了。根據(jù)實(shí)際串級(jí)系統(tǒng)，可以將串級(jí)控制系統(tǒng)分為主，副兩個(gè)閉合回路的實(shí)際情況，分兩步進(jìn)行。第一步整定副控制器參

39、數(shù)；第二步，把已整定好的副控制器視為串級(jí)控制系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)主控制器參數(shù)進(jìn)行整定。這就是所謂兩步整定法。利用下圖通過(guò)MATLAB對(duì)上述要求進(jìn)行仿真。圖6-3 上水箱液位與進(jìn)水流量的串級(jí)仿真結(jié)構(gòu)圖6.1 串級(jí)副回路參數(shù)整定 圖6-4 串級(jí)回路內(nèi)環(huán)k=1 圖6-5 串級(jí)回路內(nèi)環(huán)k=10 圖6-6 內(nèi)環(huán)K=10抗干擾能力 圖6-7 內(nèi)環(huán)k=100抗干擾能力 圖6-8 K=300抗干擾能力 圖6-9 K=400抗干擾能力因?yàn)楦被芈肥且粋€(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)它的控制質(zhì)量要求不高，只要能準(zhǔn)確、快速地跟隨主控制器的輸出而變化就行了。所以只需加比例作用并進(jìn)行整定。如上述幾個(gè)圖可以看出PID參數(shù)整定過(guò)程，內(nèi)環(huán)比例系數(shù)

40、K在一定范圍內(nèi)越大越好，比例系數(shù)越大，階躍響應(yīng)時(shí)間越短，且抗干擾能力越強(qiáng)。但是如果內(nèi)環(huán)K太大容易引起不穩(wěn)定。如下圖所示。所以選取內(nèi)環(huán)比例作用K=400。圖6-10 內(nèi)環(huán)K=500不穩(wěn)定6.2 串級(jí)主回路參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)從主回路來(lái)看，是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，因而其控制質(zhì)量指標(biāo)和單回路定值控制系統(tǒng)是一樣的。需要視情況對(duì)比例、積分、微分作用都進(jìn)行調(diào)節(jié)。6.2.1 串級(jí)主回路比例參數(shù)整定 圖6-11 串級(jí)外環(huán)K=100 圖6-12 串級(jí)外環(huán)k=500從圖6-11和圖6-12來(lái)看，外環(huán)整定K越大越好，實(shí)際效果也不好確定。通過(guò)家擾動(dòng)，進(jìn)一步確定K的大小。 圖6-13 k=500抗干擾能力 圖6-14 K=1000抗干擾能力如圖K=1000時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，能夠快速準(zhǔn)確的抑制干擾對(duì)穩(wěn)態(tài)值的影響。經(jīng)過(guò)調(diào)試，K繼續(xù)增大使系統(tǒng)初始值斜坡太大不合理，所以外環(huán)K為1000比較合理。6.2.2 串級(jí)主回路積分參數(shù)整定 圖6-15 外環(huán)I=100抗干擾能力 圖6-16 外環(huán)I=1000抗干擾能力加入積分Ti=100之后，條件效果并不是很明顯。當(dāng)Ti=1000時(shí)，抗干擾速度加快，但是給定階