水箱溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　工業(yè)自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)領(lǐng)域在探索中不斷創(chuàng)新，如今采用自動化控制已成為企業(yè)獲取更大利潤的有利手段，在

2、當(dāng)今時代，自動控制技術(shù)的應(yīng)用已隨處可見，小到家用電器，大到工業(yè)生產(chǎn)，航天事業(yè)，科技發(fā)展使人們生活水平有了大大的提高。自動化控制的引入提高了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，從而對推進我國工業(yè)的節(jié)能減排，增加產(chǎn)量起到重大的推動作用。但在控制過程中常常會受到各種因素的干擾使控制儀表無法運行在最佳狀態(tài)。</p><p>　　在我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設(shè)備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控

3、制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)中采用的控制方法有很多，例如，PLC控制技術(shù)，單片機控制技術(shù)，PID調(diào)節(jié)控制等等。為了提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，本文采用理論聯(lián)系實際設(shè)計了水箱溫度控制系統(tǒng)，是工業(yè)聯(lián)系生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的真實模擬與縮影。</p><p>　　本裝置可進行溫度、壓力、液位等多種系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、檢測等單元的試驗。文章中對水箱

4、的溫度控制系統(tǒng)的動特性在理論上進行深入的分析，并通過實驗給于驗證。</p><p>　　1 控制理論與過程控制系統(tǒng)的概述 </p><p>　　概括地說，控制論發(fā)展經(jīng)過了三個時期：第一階段是四十年代末到五十年代的經(jīng)典控制論時期，著重研究單機自動化，解決單輸入單輸出（SISO-Single Input Single Output）系統(tǒng)的控制問題；它的主要數(shù)學(xué)工具是微

5、分方程、拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)；主要研究方法是時域法、頻域法和根軌跡法；主要問題是控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性及其精度。</p><p>　　第二階段是六十年代的現(xiàn)代控制理論時期，著重解決機組自動化和生物系統(tǒng)的多輸入多輸出（MIMO-Multi-Input Multi-Output）系統(tǒng)的控制問題；主要數(shù)學(xué)工具是一次微分方程組、矩陣論、狀態(tài)空間法等等；主要方法是變分法、極大值原理、動態(tài)規(guī)劃理論等；重點是最優(yōu)控制、隨機

6、控制和自適應(yīng)控制；核心控制裝置是電子計算機。</p><p>　　第三階段是七十年代的大系統(tǒng)理論時期，著重解決生物系統(tǒng)、社會系統(tǒng)這樣一些眾多變量的大系統(tǒng)的綜合自動化問題；方法是時域法為主；重點是大系統(tǒng)多級遞階控制；核心裝置是網(wǎng)絡(luò)化的電子計算機。</p><p>　　過程控制在石油、化工、電力、冶金等部門有廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代，過程控制主要用于使生產(chǎn)過程中的一些參量保持不變，從而保證

7、產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定。60年代，隨著各種組合儀表和巡回檢測裝置的出現(xiàn)，過程控制已開始過渡到集中監(jiān)視、操作和控制。70年代，出現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化與管理調(diào)度自動化相結(jié)合的多級計算機控制系統(tǒng)。80年代，過程控制系統(tǒng)開始與過程信息系統(tǒng)相結(jié)合，具有更多的功能。</p><p>　　隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及

8、安全生產(chǎn)、保護環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動化重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。 </p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中, 過程控制技術(shù)是一歷史較為久遠的分支。在本世紀(jì)30 年代就已有應(yīng)用。過程控制技術(shù)發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。在自動控制時期內(nèi)，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個發(fā)展階段, 它們是：分散控制階段, 集中控制階段和集散控制階段。幾十年來，工業(yè)過程控制取得了驚人的發(fā)展，無論

9、是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術(shù)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。 </p><p>　　目前，過程控制正朝高級階段發(fā)展，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜

10、合，實現(xiàn)從原料進庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。</p><p>　　1.1 PID 控制的概述和現(xiàn)實意義 </p><p>　　當(dāng)今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。</p><p>　　這個理論和應(yīng)用

11、自動控制的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。 </p><p>　　PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。 </p><p>　　PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e (t)與

12、輸出u (t)的關(guān)系為u(t)=kp(e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中積分的上下限分別是0和t 。</p><p>　　因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s) </p><p>　　其中kp為比例系數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù)</p><p>　　目前，PID控制機器

13、控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器（intelligent regulator）,其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID空盒子實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破鳎≒LC）

14、是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠程控制功能。</p><p>　　1.2 PID 控制的基本概念，控制原理及其特點</p><p>　　所謂PID控制，就是在一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地?zé)o限接近于控制目標(biāo)的一種手段。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律

15、為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技</p><p>　　術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也

16、有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。</p><p><b>　　比例（P）控制</b></p><p>　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。</p><p><b

17、>　　積分（I）控制</b></p><p>　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大這樣，即便誤差很小，積分

18、項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p><b>　　微分（D）控制</b></p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于

19、存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較

20、大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。</p><p><b>　　1.3過程控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　1.3.1 概述</b></p><p>　　生產(chǎn)過程中，對各個工藝過程的物理量（或稱工藝變量）有一定的控制要求。有些工藝變量直接表征生產(chǎn)過程，對產(chǎn)品的數(shù)量

21、和質(zhì)量起著決定性的作用。例如，精餾塔的塔頂或塔釜溫度，一般在操作壓力不變的情況下，必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品；加熱爐出口溫度的波動不能超出允許范圍，否則將影響后一工段的效果化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接地影響產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。例如，用蒸汽加熱反應(yīng)器或再沸騰器，在蒸汽總壓波動劇烈的情況下，要把反應(yīng)溫度或塔釜溫度控制好將極為困難；中間貯槽的液位高度

22、與氣柜壓力，必須維持在允許的范圍之內(nèi)，才能使物料平衡，保持連續(xù)的均衡生產(chǎn)。有些工藝變量是決定安全生產(chǎn)的因素，例如，鍋爐鍋筒的液位、受壓容器的壓力等，不允許超出規(guī)定的限度，否則將威脅生產(chǎn)的安全。對以上各種類型的變量，在生產(chǎn)過程中，都必須加以必要的控制。</p><p>　　1.3.2 過程控制的特點</p><p>　　過程控制的特點是與其它自動控制系統(tǒng)相比較而言的，大致可歸納如下：<

23、/p><p>　　連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制</p><p>　　過程控制一般是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制，其被控量需定量地控制，而且應(yīng)是連續(xù)可調(diào)的。若控制動作在時間上是離散的（如采樣控制系統(tǒng)等），但是其被控量需定量控制，也歸如過程控制。</p><p>　　過程控制系統(tǒng)由過程檢測、控制儀表組成</p><p>　　過程控制是通過各種檢測儀表、控制儀表

24、（包括電動儀表和氣動儀表，模 </p><p>　　擬儀表和智能儀表）和電子計算機等自動化技術(shù)工具，對整個生產(chǎn)過程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。一個過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測控制儀表兩部分組成的。過程檢測控制儀表包括檢測元件、變送器、調(diào)節(jié)器（包括計算機）、調(diào)節(jié)閥等。過程控制系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)工業(yè)過程的特性和工藝要求，通過選用過程檢測控制儀表構(gòu)成系統(tǒng)，再通過PID參數(shù)的

25、整定，實現(xiàn)對生產(chǎn)的最佳控制。</p><p>　　被控過程是多種多樣的、非電量的</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，工業(yè)過程很復(fù)雜。由于生產(chǎn)規(guī)模大小不同，工藝求各異，產(chǎn)</p><p>　　品品種多樣，因此過程控制中的被控過程是多種多樣的。諸如石油化工過程中的精餾塔、化學(xué)反應(yīng)、流體設(shè)備、熱工過程中的鍋爐、熱交換器；冶金過程中的轉(zhuǎn)爐、平爐；機械工業(yè)中的熱處理爐

26、等。它們的動態(tài)特性多數(shù)具有大慣性、大滯后、非線性特性。有些機理復(fù)雜（如發(fā)酵、生化過程等）的過程至今尚未被人們所認識，所以很難用目前過程辨識方法建立其精確的數(shù)學(xué)模型，因此設(shè)計能適應(yīng)各種過程的控制系統(tǒng)并非易事。</p><p>　　過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半為參量控制</p><p>　　由于被控過程具有大慣性、大滯后等特性，因此決定了過程控制的控制過程多屬慢過程。另外，在石油、化

27、工、電力、冶金、輕工、建材、制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中，往往采用一些物理和化學(xué)量（如溫度、壓力、流量、液位、成分、PH等）來表征其生產(chǎn)過程是否正常，因此需要對上述過程參數(shù)進行自動檢測和自動控制，故過程控制多半為參量控制。</p><p>　　過程控制方案十分豐富</p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生成的迅速發(fā)展，工藝條件越來越復(fù)雜，對過程控制的要求越來越高過</p><p>

28、;　　程控制系統(tǒng)的設(shè)計是以被控過程的特性為依據(jù)的。由于工業(yè)過程的復(fù)雜、多變，因此其特性多半屬多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非線性等等。為了滿足上述特點與工藝要求，過程控制中的控制方案是十分豐富的。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；有儀表過程控制系統(tǒng)，也有計算機集散控制系統(tǒng)；有復(fù)雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求的控制系統(tǒng)。</p><p>　　定值控制是過程控制的一種常用形式</p><

29、p>　　在石油、化工、電力、冶金、輕工、環(huán)保和原子能等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，</p><p>　　過程控制的主要目的在于消除或減小外界干擾對被控量的影響，使被控量能穩(wěn)定在給定值上，是工業(yè)生產(chǎn)能實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低消耗的目標(biāo)。定值控制仍是目前過程控制的一種常用形式。</p><p>　　1.3.3 閉環(huán)控制與開環(huán)控制</p><p><b>　　1、開環(huán)控

30、制系統(tǒng)</b></p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loop control system）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（controller）的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。</p><p>　　圖1-1 開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成</p><p><b>　　2、閉環(huán)控制系統(tǒng)<

31、/b></p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed-loop control system）的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋（Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個

32、具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源。它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　1.3.4 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)</p&

33、gt;<p>　　過程控制系統(tǒng)在運行中有兩種狀態(tài)。一種是穩(wěn)態(tài)，此時系統(tǒng)沒有收到外來干擾或外來干擾恒定，同時給定值亦保持不變，因而被控參數(shù)也不會隨時間變化，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的工況。另一種是動態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受到變化的外來干擾的影響或者在改變了給定值后，原來的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，被控參數(shù)也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時間變化。設(shè)置控制系統(tǒng)的目的就是希望在經(jīng)過一段時間后，被控參數(shù)能穩(wěn)定在新的給定值或其附

34、近。這種從一個穩(wěn)態(tài)到達另一個穩(wěn)態(tài)的歷程稱為過渡過程。由于被控過程總是不時受到各種外來干擾的影響，即系統(tǒng)經(jīng)常處于動態(tài)過渡過程，因而評價一個過程控制系統(tǒng)的性能、質(zhì)量、主要看它在受到外來擾動作用或給定值發(fā)生變化后，能否迅速地、準(zhǔn)確地且平穩(wěn)地恢復(fù)到原給定值上、這種控制性能的評價和比較，通常采用如下兩種時域形式的性能指標(biāo)：</p><p><b>　　衰減比</b></p><p&

35、gt;　　衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)，它的定義是第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比。若用B表示第一個波的振幅，Bˊ表示同方向第二個波的振幅，則衰減比n=B/Bˊ。然而，對衰減比振蕩而言，n恒大于1。n越小,意味著控制系統(tǒng)的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，n接近于1時，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于等幅振蕩過程；反之，n越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，當(dāng)n趨于無窮大時，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩過程。衰減比究竟以多大為合適，沒

36、有確定的定論，根據(jù)實際操作經(jīng)驗，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般希望過渡過程有兩個波左右，與此對應(yīng)的衰減比在4:1~10:1的范圍內(nèi)。也有人用衰減率來反映衰減情況。</p><p>　　最大動態(tài)偏差e或超調(diào)量Q</p><p>　　最大動態(tài)偏差或超調(diào)量是描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的物理量，也是衡量過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標(biāo)。對于定值控制系統(tǒng)，過渡過程的最大動態(tài)偏差是指被控變量第一個波的峰值

37、。在設(shè)定作用下的控制系統(tǒng)中，通常采用超調(diào)量Q這個指標(biāo)來表示被控變量偏離設(shè)定值的程度，它的定義是第一個波的峰值與最終穩(wěn)態(tài)值之差。最大動態(tài)偏差或超調(diào)量越大，生產(chǎn)過程瞬時偏離設(shè)定值就越遠。</p><p><b>　　余差C=e(o)</b></p><p>　　余差是控制系統(tǒng)過渡過程終了時設(shè)定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差，e(o)=r-y(o).余差是</p>&

38、lt;p>　　反映控制準(zhǔn)確性的一個重要穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，一般希望其為零，或不超過預(yù)定的范圍，但不是所</p><p>　　有的控制系統(tǒng)對余差都有很高的要求，如一般貯槽的液位控制，對余差的要求就不是很高，</p><p>　　而往往允許液位在一定范圍內(nèi)變化。</p><p>　　回復(fù)時間Ts和振蕩頻率W</p><p>　　回復(fù)時間表示控制系統(tǒng)過

39、渡過程的長短，也就是控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。嚴(yán)格地講，控制系統(tǒng)在受到階躍外的作用后，被控變量完全達到最終穩(wěn)態(tài)值需要無限長時間。但實際上當(dāng)被控變量的變化幅度衰減到足夠小，并保持在一個極小的范圍內(nèi)所需要的時間還是有限的。對于輸入作用下的控制系統(tǒng)，被控變量進入工藝允許的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間稱回復(fù)時間?；貜?fù)時間短，表示控制系統(tǒng)的過渡過程。即使擾動頻繁出現(xiàn)，系統(tǒng)也能適應(yīng)；反之，過渡時間長。顯然，回

40、復(fù)時間越短越好。它是反映控制快速性的一個指標(biāo)。</p><p>　　1.3.5 過程控制系統(tǒng)的研究對象與任務(wù)</p><p>　　過程控制系統(tǒng)是自動化學(xué)科的一個分支，研究的任務(wù)是對過程控制系統(tǒng)進行分析與設(shè)計。</p><p>　　過程控制系統(tǒng)的第一個任務(wù)是對已有的控制系統(tǒng)進行分析，總結(jié)控制系統(tǒng)的特點，發(fā)現(xiàn)存在不足并加于改進。第二個任務(wù)是生產(chǎn)過程的工藝流程確定后，設(shè)計

41、滿足工藝要求的控制方案。第三個任務(wù)是在控制方案確定后，如何使控制系統(tǒng)能夠正常運行，并發(fā)揮其功能。過程控制系統(tǒng)是以控制系統(tǒng)為主體，控制理論為基礎(chǔ)，生產(chǎn)過程與工藝為一翼，自動化儀表和計算機為一翼。</p><p>　　控制理論的移植和改造、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究、控制算法的設(shè)計及控制系統(tǒng)的實現(xiàn)等是控制理論與生產(chǎn)工藝過程、自動化儀表和計算機的有機結(jié)合，是它們在過程控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用。</p><p>

42、;<b>　　2 傳遞函數(shù)</b></p><p>　　2.1 傳遞函數(shù)的基本概念</p><p>　　零初始條件下線性系統(tǒng)響應(yīng)（即輸出）量的拉普拉斯變換與激勵（即輸入）量的拉普拉斯變換之比。記作G(s)=Y(s)/U(s),其中Y(s)、U(s)分別為輸出量和輸入量的拉普拉斯變換。傳遞函數(shù)是描述線性系統(tǒng)動態(tài)特性的基本數(shù)學(xué)工具之一，經(jīng)典控制理論的主要研究方法——頻率響

43、應(yīng)法和根軌跡法——都是建立在傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)之上。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與描述其運動規(guī)律的微分方程是對應(yīng)的。可根據(jù)組成系統(tǒng)各單元的傳遞函數(shù)和它們之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系導(dǎo)出整體系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并用它分析系統(tǒng)的動態(tài)特性、穩(wěn)定性，或根據(jù)給定要求綜合控制系統(tǒng)，設(shè)計滿意的控制器。以傳遞函數(shù)為工具分析和綜合控制系統(tǒng)的方法稱為頻域法。它不但是經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)，而且在以時域方法為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論發(fā)展過程中，也不斷發(fā)展形成了多變量頻域控制理論，成為研究多變量控制系統(tǒng)的

44、有用工具。傳遞函數(shù)中的復(fù)變量s在實部為零、虛部為角頻率時就是頻率響應(yīng)。</p><p>　　2.2 傳遞函數(shù)的應(yīng)用</p><p>　　傳遞函數(shù)主要應(yīng)用在三個方面：</p><p>　　1、確定系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。對于傳遞函數(shù)G(s)已知的系統(tǒng)，在輸入作用u(s)</p><p>　　給定后，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)y(s)由G(s)U(s)運用拉普拉斯反

45、變換方法來定出。</p><p>　　2、分析系統(tǒng)參數(shù)變化對輸出響應(yīng)的影響。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，運用根軌跡法可方便地分析系統(tǒng)開環(huán)增益的變化對閉環(huán)傳遞函數(shù)極點、零點位置的影響，從而可進一步估計對輸出響應(yīng)的影響。</p><p>　　3、用于控制系統(tǒng)的設(shè)計。直接由系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)進行設(shè)計時，采用根軌跡法。根據(jù)頻率響應(yīng)來設(shè)計時，采用頻率響應(yīng)法。</p><p><b&

46、gt;　　3 根軌跡法</b></p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　1948年，W.R.Evans提出了一種求特征根的簡單方法，并且在控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。這一方法不直接求解特征方程，用作圖的方法表示特征方程的根與系統(tǒng)某一參數(shù)的全部數(shù)值關(guān)系，當(dāng)這一參數(shù)取特定值時，對應(yīng)的特征根可在上述關(guān)系圖中找到。這種方法叫

47、根軌跡法。根軌跡法具有直觀的特點，利用系統(tǒng)的根軌跡可以分析結(jié)構(gòu)和參數(shù)已知的閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)特性，還可分析參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。在設(shè)計線性控制系統(tǒng)時，可以根據(jù)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求確定可調(diào)整參數(shù)以及系統(tǒng)開環(huán)零極點的位置，即根軌跡法可以用于系統(tǒng)的分析與綜合。</p><p>　　3.2 根軌跡的基本概念</p><p>　　根軌跡是開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮大時，閉環(huán)系統(tǒng)特征根

48、在s平面上變化的軌跡?？煞殖沙Ａx根軌跡和廣義根軌跡。</p><p>　　3.3 繪制根軌跡的規(guī)則</p><p>　　在控制系統(tǒng)的分析和綜合中，往往只需要知道根軌跡的粗略形狀。由相角條件和幅值條件所導(dǎo)出的8條規(guī)則，為粗略地繪制出根軌跡圖提供方便的途徑。 </p><p>　　根軌跡的分支數(shù)等于開環(huán)傳遞函數(shù)極點的個數(shù)。</p><p>　　根

49、軌跡的始點（相應(yīng)于K=0）為開環(huán)傳遞函數(shù)的極點，根軌跡的終點（相</p><p>　　應(yīng)與K=∞）為開環(huán)傳遞函數(shù)的有窮零點或無窮遠零點。</p><p>　　根軌跡形狀對稱于坐標(biāo)系的橫軸（實軸）。</p><p>　　實軸上的根軌跡按下述方法確定：將開環(huán)傳遞函數(shù)的位于實軸上的極點</p><p>　　和零點由右至左順序編號，由奇數(shù)點至偶數(shù)點間

50、的線段為根軌跡。</p><p>　　實軸上兩個開環(huán)極點或兩個開環(huán)零點間的根軌跡段上，至少存在一個分</p><p>　　離點或會合點，根軌跡將在這些點產(chǎn)生分岔。</p><p>　　在無窮遠處根軌跡的走向可通過畫出其漸近線來決定。漸近線的條數(shù)等</p><p>　　于開環(huán)傳遞函數(shù)的極點數(shù)與零點數(shù)之差。</p><p>

51、;　　7.根軌跡沿實點的走向由出射角決定，根軌跡到達終點的走向由入射角決定。</p><p>　　8.根軌跡與虛軸（縱軸）的交點對分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性很重要，其位置和相應(yīng)的K值可利用代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)來決定。</p><p>　　3.4 根軌跡法的應(yīng)用 根軌跡的應(yīng)用主要有三個方面。</p><p>　　1、用于分析開環(huán)增益（或其他參數(shù)）值變化對系統(tǒng)行為的影響：在控制系

52、統(tǒng)的極點中，離虛軸最近的一對孤立的共軛復(fù)數(shù)極點對系統(tǒng)的過渡過程行為具有主要影響，稱為主導(dǎo)極點對。在根軌跡上，很容易看出開環(huán)增益不同取值時主導(dǎo)極點位置的變化情況，由此可估計出對系統(tǒng)行為的影響。</p><p>　　2、用于分析附加環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)性能的影響：為了某種目的常需要在控制系統(tǒng)中引入附加環(huán)節(jié)，這就相當(dāng)于引入新的開環(huán)極點和開環(huán)零點。通過根軌跡便可估計出引入的附加環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響。</p>&l

53、t;p>　　3、用于設(shè)計控制系統(tǒng)的校正裝置：校正裝置是為了改善控制系統(tǒng)性能而引入系統(tǒng)的附加環(huán)節(jié)，利用根軌跡可確定它的類型和參數(shù)設(shè)計。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　1.水箱規(guī)格：長&#

54、215;寬×高=0.25×0.2×0.4m</p><p>　　2.電加熱器功率：2.5kw×2</p><p><b>　　3.性能指標(biāo)：</b></p><p>　　（1）液位系統(tǒng)：液位L=30cm,余差C≤±5mm，衰減比n>4:1 調(diào)整時間Ts≤4min</p>&l

55、t;p>　　（2）溫度系統(tǒng)：溫度T=50℃,余差C≤±0.2℃，衰減比n=10:1，調(diào)整時間Ts≤4min</p><p>　　4.1.2 控制方案的選擇</p><p>　　圖 4-1 系統(tǒng)控制方案圖</p><p>　　4.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　試驗裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。溫度控制系統(tǒng)由以下幾個環(huán)節(jié)組成

56、：1、被控水槽 2、電加熱器 3、晶閘管電路 4、電壓調(diào)整器TD 5、開方器KD 6、溫度調(diào)節(jié)器 TC 7、溫度檢測TT 8、液位調(diào)節(jié)器LC 9、執(zhí)行器M</p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　4.2 溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　圖4-3 自動溫度控制電路框圖</p><p>

57、　　加熱器CL和熱電阻Rt組成水箱測溫控制組件。當(dāng)溫度變化時，放置在水箱的內(nèi)的熱電阻Rt阻值發(fā)生變化，通過溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路，線性化放大電路，送入控制放大器，該控制放大器將線性化放大電路的輸出信號與溫度設(shè)定電路的輸出比較，以決定電流驅(qū)動器的通斷，控制加熱器CL是否工作。在控制放大器和電流驅(qū)動器之間還設(shè)有PID控制電路，適當(dāng)選擇比例常數(shù)P、積分常數(shù)I和微分常數(shù)D可以實現(xiàn)高穩(wěn)定度的溫度控制。</p><p>　　4.

58、3 控制系統(tǒng)原理接線圖</p><p>　　圖4-4 控制原理系統(tǒng)接線圖</p><p>　　5 自動化儀表的選擇及參數(shù)確定</p><p>　　5.1 自動化儀表概述</p><p>　　自動化儀表是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要工具。在自動控制系統(tǒng)中，檢測儀表將被控變量轉(zhuǎn)換成測量信號后，還需送控制儀表，以便控制生產(chǎn)過程的正常運行，使被控變量達到

59、預(yù)期的要求。這里所指的控制儀表包括在自動控制系統(tǒng)中廣泛使用的控制器、變送器、運算期、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置。圖5-1為由控制儀表與控制對象組成的簡單控制系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖5-1 控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　5.2 自動化儀表類型</p><p>　　通常, 控制儀表及裝置可按能源形式、 信號類型,和結(jié)構(gòu)形式來分類。</p>

60、;<p><b>　　一、按能源形式分類</b></p><p>　　可分為電動, 氣動, 液動和機械式等幾類 。 工業(yè)上普遍使用電動控制儀表和氣動控</p><p>　　制儀表。電動控制儀表具有能源獲取方便, 信號傳輸和處理容易, 便于實現(xiàn)集中顯示和操作等特點 。 目前在工業(yè)上電動控制儀表得到了最為廣泛的應(yīng)用 。氣動控制儀表具有結(jié)構(gòu)簡單, 性能穩(wěn)定,

61、可靠性高, 易于維護,安全防爆等特點 。 特別適用于石油, 化工等具有爆炸危險的場合 。</p><p><b>　　二、按信號類型分類</b></p><p>　　可分為模擬式和數(shù)字式兩大類 。模擬式控制儀表由模擬元器件組成, 其傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量, 如電流信號, 電壓信號, 氣壓信號等 。數(shù)字式控制儀表以微處理器, 單片機等大規(guī)模集成電路芯片為核心。

62、其傳輸信號通常為段續(xù)變化的數(shù)字量, 如脈沖信號 。</p><p><b>　　三、按結(jié)構(gòu)形式分類</b></p><p>　　可分為單元組合式控制儀表, 基地式控制儀表, 集散型計算機控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 。</p><p>　　1、單元組合式控制儀表</p><p>　　是根據(jù)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使

63、用要求, 將儀表做成能實現(xiàn)一定功能的獨立儀表 （ 稱為單元 ）, 各個儀表之間用統(tǒng)一的表標(biāo)準(zhǔn)信號進行聯(lián)系 。 這類儀表有電動單元組合儀表 （ DDZ） 和氣動單元組合儀表 （ QDZ） 兩大類 。單元組合儀表可分為變送單元, 執(zhí)行單元, 控制單元, 轉(zhuǎn)換單元,運算單元, 顯示單元, 給定單元和輔助單元等八類 。</p><p>　?。?）．變送單元 它能將各種被測參數(shù), 如溫度, 壓力, 流量, 液位等物理量變

64、換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號 （ 4— 20mA,0— 10mA或 20— 100kPa） 傳送到接受儀表或裝置, 以供指示, 記錄或控制 。變送單元的品種有：溫度變送器, 壓力變送器, 差壓變送器, 流量變送器, 液位變送器等 。</p><p>　　（2）．執(zhí)行單元 它有執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器，結(jié)構(gòu)閥可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特性和流量特性進行分類。這些分類方法可以很

65、好地進行對儀表的執(zhí)行。</p><p>　　（3）．轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換單元將電壓, 頻率等電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號,或者進行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號之間的轉(zhuǎn)換, 以使不同信號可以在同一控制系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)換單元的品種有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器, 頻率轉(zhuǎn)換器, 電 -氣轉(zhuǎn)換器,氣 -電轉(zhuǎn)換器等 。</p><p>　?。?）．控制單元 它將來自變送單元的測量信號與給定信號進行比較,按照偏差給出控制信號, 去控制執(zhí)行

66、器的動作 ?？刂茊卧钠贩N有：比例積分微分控制器, 比例積分控制器, 微分控制器以及具有特種功能的控制器等 。</p><p>　?。?）．運算單元 它將幾個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進行加、減、乘、除,開方、平方等運算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比值控制、流量信號的溫度壓力補償計算等。品種有：指示儀, 指示記錄儀, 報警器, 比例積算器和開方積算器等。</p><p>　　（6）．顯示單元 它對各種

67、被測參數(shù)進行指示, 記錄, 報警和積算, 供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程工況之用 。顯示單元輸出的控制信號或手動操作信號, 去改變控制變量的大小。</p><p>　?。?）．給定單元 它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號, 作為被控變量的給定值送到控制單元, 實現(xiàn)定值控制 。給定單元的品種有：恒流給定器, 定值器, 比值給定器和時間程序給定器等 。</p><p>　?。?）．輔助單元 輔助單元是

68、為了滿足自動控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)的儀表, 如操作器, 阻尼器, 限幅器, 安全柵等等 。</p><p><b>　　2、基地式控制儀表</b></p><p>　　基地式控制儀表是以指示、記錄儀表為主體，附加控制機構(gòu)而組成。它不僅能對某變量進行指示或記錄，還具有控制功能?；厥侥M儀表一般結(jié)構(gòu)比較簡單；基地式數(shù)字儀表則功能較齊全，具有較高的性價比。這類儀表用于單機

69、自動化系統(tǒng)。</p><p>　?。?）．集散控制系統(tǒng) （ DCS系統(tǒng) ）</p><p>　　DCS系統(tǒng)是一種以微型計算機為核心，在控制技術(shù)(Control)、計算機技術(shù)(Computer)、通信技術(shù)(Communication)、屏幕顯示技術(shù)(CRT)四“C”技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上研制成的一種計算機控制裝置。 其基本特點是分散控制, 集中管理 。</p><p>

70、　?。?）．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) （ FCS系統(tǒng) ）</p><p>　　FCS系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制系統(tǒng)。它是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它將具有數(shù)字通信功能的現(xiàn)場智能儀表連接成工廠底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)。其特點是現(xiàn)場控制和雙向數(shù)字通 。</p>

71、<p>　　5.3 裝置的儀表選擇</p><p>　　采用DDZ-Ⅱ單元組合儀表，統(tǒng)一信號0～10mADC</p><p>　　1.調(diào)節(jié)器（PID）：DTL-321 比例度P=0～200% TD=0～300s TI=0～1200s</p><p>　　2.開方器：DJK-03 為使調(diào)節(jié)器輸出與熱量成正比而引入。</p><p&

72、gt;　　輸入輸出信號：0～10mA DC I出</p><p>　　3.電加熱器：SRS3-220/2.5×2臺 Q=0.24V2/R=0.001756 V2 (千卡/分) （R=8.3Ω）時間常數(shù)TR=1/3 分</p><p>　　4.可控硅電壓調(diào)節(jié)器：ZK-50 輸入：0～10mA 輸出：0～220VAC Kv=22</p><p&

73、gt;　　5.溫度變送器：DBW-120 輸入：50～71.40Ω 輸出：0～10mA</p><p>　　6.銅熱電阻Cu50：輸入：0℃～100℃ 輸出：50Ω～71.4Ω</p><p>　　KCu= （71.4-50）/100-0=0.214 Ω/℃ 時間常數(shù) T=2.5分</p><p><b>　　6 系統(tǒng)的性能分析<

74、/b></p><p>　　6.1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)及方框圖</p><p>　　圖 6-1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)方框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)的動態(tài)性求取：</b></p><p><b>　　理論分析計算法：</b></p><p>　　輸入熱量：電加熱器

75、供給W入=0.24×R／V2×60/1000（千卡）</p><p><b>　　輸出量：水溫T℃</b></p><p>　　進水Q1帶入熱量W1=Q1CT1 （Q1為入水量（Kg/分），T1冷水水溫）</p><p>　　出水Q2帶走熱量W2=Q2CT （Q2出水量（Kg/分） T 水溫）</p>

76、;<p>　　水箱間壁散失熱量W0=（T-T0）/Rs (T0室溫，Rs熱阻 （千卡/℃）)</p><p><b>　　熱量平衡方程式：</b></p><p>　　靜態(tài)平衡：W入+W1=W2+W0 T不變</p><p>　　動態(tài)方程式：（W入+W1）-（W2+W0）=GC×dT/dt</p>

77、<p>　　即：W入= GC×dT/dt+Q2CT+（T-T0）/Rs-Q1C T1</p><p>　　兩邊拉式變換可得：W入（S）=GC·ST（s）+Q2CT（s）+1/Rs×T(s)</p><p>　　=T（s）[GCS+Q2C+1/Rs]</p><p>　　Ts/W入（S）=1/[GCS+(Q2C+1/Rs)]=

78、K/（TS+1）=W(s) 其中 K=1/（Q2C+1/Rs）,T=GC/(Q2C+1/Rs)一階慣性環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　2.實驗測定法</b></p><p>　　在系統(tǒng)開環(huán)狀態(tài)下，電加熱器電壓從75VAC階躍變化到100VAC時，測得溫度響應(yīng)曲線。測量數(shù)據(jù)如下表</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)列表為： </p

79、><p>　　表6-1 實驗測定數(shù)據(jù)</p><p>　　實測數(shù)據(jù)為：G=15kg,L=30cm,T0=15℃,T1=10℃,Rs=8.3Ω Q2=0.65 kg/分</p><p>　　求得：{ T=GC/（Q2C+1/Rs）=20 分</p><p><b>　　K=1.33</b></p><p

80、>　　W（s）=1.33/（20S+1）</p><p><b>　　二點法：</b></p><p>　　利用響應(yīng)曲線求對象傳遞函數(shù)：</p><p>　　圖6-2 響應(yīng)曲線</p><p><b>　　放大倍數(shù)</b></p><p>　　Δy=34℃-24℃=1

81、0℃</p><p>　　Δx=0.24×60×（1002-752）/(1000×8.3)=7.6 千卡/分</p><p>　　K=Δy/Δx=10/7.6=1.32 分℃/千卡</p><p>　　無因次比：y*(t)=y(t)/y(∞)=0~1</p><p>　　y*(t)=0.7,對應(yīng)t7 =26分

82、</p><p>　　t4=1/3 t7 =26/2.4=10.8</p><p><b>　　y4*=0.26</b></p><p>　　T=t7/2.4=26/2.4=10.8</p><p>　　由y4*-Δ2曲線上，求得Δ2=0.58，Δ=0.76</p><p>　　T1=T（1+Δ）

83、=19分</p><p>　　T2=T（1-Δ）=2.4分</p><p>　　G（s）=1.32/(19s+1)(2.4s+1)</p><p>　　表6-2 y4﹡與Δ²關(guān)系</p><p>　　圖6-3 y4﹡—Δ²曲線</p><p><b>　　2、性能分析</b>

84、</p><p><b>　　系統(tǒng)要求指標(biāo)：</b></p><p>　　由自動控制原理過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)</p><p><b>　　要求的閉環(huán)極點位置</b></p><p>　　陰影部分為滿足性能指標(biāo)區(qū)域</p><p>　　圖6-4 根軌跡合格區(qū)</p>

85、<p><b>　　未校正系統(tǒng)的根軌跡</b></p><p><b>　　開環(huán)傳遞函數(shù)為：</b></p><p>　　20％Q2擾動下穩(wěn)定誤差由終值定理可求：</p><p>　　由根軌跡繪圖規(guī)則畫出校正前根軌跡如圖：</p><p>　　圖 6-5 校正前的根軌跡</p>

86、;<p>　　可見，動靜態(tài)均不滿足指標(biāo)要求，所以需要進行參數(shù)整定。</p><p>　　6.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定</p><p>　　根軌跡法的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定：</p><p>　　1． PD調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定</p><p><b>　?。ㄑa償相角）</b></p><p><b

87、>　　用作圖法得到：</b></p><p>　　圖6-6 PD整定</p><p>　　整定后的開環(huán)傳遞函數(shù) </p><p><b>　　滿足系統(tǒng)要求。</b></p><p>　　整定后根軌跡繪圖規(guī)則如下圖</p><p>　　圖6-7 整定后的根軌跡</p

88、><p><b>　　工程整定法：</b></p><p>　　1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)法）</p><p>　　反應(yīng)曲線法是通過階躍信號的輸入，通過在輸出圖形中，可以找到停滯時間。</p><p>　　如圖6-8為輸入信號:</p><p>　　圖6-8 輸入信號 </p>

89、<p>　　下圖6-9為輸出信號:</p><p>　　圖6-9 輸出信號</p><p>　　表6-3列出了PID在不同輸入情況下，可通過計算求出和</p><p>　　表6-3 PID參數(shù)值</p><p>　　由響應(yīng)曲線測得 T=19分， =2分，K = 0.9</p><p><b>

90、;　　PD : </b></p><p>　　P = 0.8 = 0.8 = 0.075 ， =13.2</p><p>　　= 0.3 = 0.32 = 0.6分</p><p><b>　　PID:</b></p><p>　　P = 0.850.92/19 = 0.08， = 2=4分</

91、p><p><b>　　=0.5 =1分</b></p><p><b>　　2、臨界比例度法</b></p><p>　　臨界比例度法，是通過改變放大倍數(shù)，直到出現(xiàn)等幅振蕩為止，看此時的比例度，找到振蕩周期。如圖6-10所示。</p><p>　　圖6-10臨界比例度法</p><

92、p>　　表6-4為臨界比例度法在PI、PD、PID分別作用下各個參數(shù)的值。</p><p>　　表6-4臨界比例度法</p><p>　　3、 衰減曲線法（n=4:1）</p><p>　　衰減曲線法是通過改變放大倍數(shù)，直到輸出響應(yīng)衰減至溫度為止，通過衰減比，找到穩(wěn)定時間。如圖6-11所示為衰減曲線。</p><p>　　圖6-11衰減

93、曲線法</p><p>　　表6-5為衰減曲線在PI、PD、PID分別作用下各個參數(shù)的值。</p><p>　　表6-5 PID參數(shù)值</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)測定，當(dāng)水位穩(wěn)定于Q=0.7㎏／min, P=3％，Td=1.5min,水溫穩(wěn)定于50℃。當(dāng)出水流量突然增大為Q=0.8

94、2㎏／min時，系統(tǒng)過渡過程的衰減比n=6:1>4:1,調(diào)整時間Ts=4min<5min,余差C<0.2℃,達到了滿意的控制指標(biāo)。系統(tǒng)投入運行以后，工作穩(wěn)定。</p><p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計，我對過程控制的發(fā)展有了更深刻的認識，在過程中增強了我的分析問題和動手的能力，為以后的發(fā)展增加了知識和經(jīng)驗。在今后的學(xué)習(xí)生活中，我會加倍努力，爭取更大的進步。將來走上工作崗位兢兢業(yè)業(yè)，埋頭苦干，成為適應(yīng)

95、社會的優(yōu)秀人才！</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本畢業(yè)論文是在指導(dǎo)老師xx老師的親切關(guān)懷與細心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到論文的最終完成，xx老師都給予了細心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，致以我最誠摯的謝意。同時還要感謝四年來幫助和細心輔導(dǎo)教育過我的xx老師……一路走來，從你們的身上我收獲無數(shù)，卻無以回報，謹(jǐn)此一并表達我的謝意。</p

96、><p>　　隨著畢業(yè)論文的完成，四年的大學(xué)美好時光也漸近尾聲，回想四年大學(xué)生活，我不但學(xué)到了許多專業(yè)知識，也學(xué)到了許多做人的道理。濱海教師們嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、淵博卓著的學(xué)識才華和傳道授業(yè)、以身作則、xx尚無私的敬業(yè)精神深深感染了我。四年的學(xué)習(xí)生活使同學(xué)們之間也結(jié)下了深厚的友誼。俗話說天下沒有不散的宴席，在此畢業(yè)即將來臨之際，我衷心地祝愿同學(xué)和朋友們在以后的人生道路越走越寬，我們將始終記得我們曾在青島這個美麗的地方

97、共同學(xué)習(xí)和生活。這將是我克服困難、不斷前進的精神動力。</p><p>　　最后，我還要感謝養(yǎng)育我的父母，是他們辛辛苦苦供我上學(xué)，給了我學(xué)習(xí)知識，增長本領(lǐng)的機會。以后的日子我將盡我所能回報他們，回報社會。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]王建輝主編.自動控制原理[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2007.&l

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