基于matlab和simulink的可视化水箱系统控制 (4).docxVIP

PAGE PAGE XXX PAGE PAGE I 4.1.3 PID控制的特点? PID作为这样简单的控制器，也能很好的用于工业生产和社会生活，而且经过证实，它具有很高的性价比且在市场竞争中占据一定的优势地位，这说明PID具有很多优点，我概括为两个层面： 第一个层面是结构原理上简洁明了，能很好的实现功能，满足很多的基本控制系统；第二个层面是控制器在面对不同类型的对象，它能很好的运用结构完成算法，在适应性很好。但是因为普遍适应各种控制系统，那么就会在控制效果上大打折扣。其局限性主要包括以下几个地方： 因为算法和结构简单，所以大部分时候只能适应小的控制系统，在控制复杂系统时需要多个PID控制器同时进行，或者配合其他控制器进行完成系统控制。 PID控制只能在闭环系统中发挥作用。 PID控制器不能满足用单一控制器完成多种控制的要求。 4.2PID?调节的各个环节及其调节过程? PID控制方式，在对不同控制对象进行控制时是需要设置不同的PID参数，目前在水箱液位控制的系统中主要采用这种控制方式。 4.2.1?比例控制调节过程? 有差调节是比例调节的特点之一，如果采用比例调节，则在负荷的扰动下水箱系统的调节过程结束后，被调量不可能与设定值相等无误，它们之间一定存在一定的误差。比例增益大时，系统的响应速度快，稳态误差较小，但是超调量会增大或者系统会不稳定，而KC过小又会使得响应速度越来越慢，系统的调节精度降低，调节时间加长。系统过程控制中调节器的输入与输出之间的比例关系常用增益的倒数表示 M=1δe （4.8 δ称为比例带，在比例调节中调节器的输出信号与偏差信号成比例，比例系数为KC，又可以称之为比例增益。比例带越大，比例调节的残差越大，仿真时最好尽量减小比例带，因为减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，很大可能会导致系统激烈振荡甚至不稳定 4.2.2?比例积分调节? 积分调节的特点是无差调节，为了使得输出保持不变，则要求偏差e为零，调节器的输出却可以停在任何值上。PI调节是总结P、I两种调节的优点，首先积分调节可以消除控制系统的余差，同时比例调节可以快速消除系统的干扰。PI调节引入积分环节在消除系统残差的同时，还使得原来系统的稳定性降低。在使得比例带δ不变的情况下，减小系统的积分时间，控制系统的稳定性会降低，加剧了系统的振荡频率，调节过程加快。PI调节是在稍微忽略控制系统的动态性能情况下，进而取得较好的稳态性能。 4.2.3?比例积分微分调节 微分作用是为了达到提前控制的作用，减小系统的调整时间，改善系统的动态特性，使系统逐渐趋于稳定状态。前两节的比例调节和积分调节都是根据实验时的偏差方向和大小进行不断调节的。但是不管被控对象的流入量和流出量之间有多大的不平衡，此后被调量将如何变化的趋势都受这个不平衡的制约。? 4.2.4PID参数整定 衰减曲线法。其跟临界比例度法相类似，由理论知，在闭环系统中控制器大多数仅有比例作用，给定值做阶跃扰动处理，记录此时比例带以及相邻波峰之间的时间。 （2）稳定边界法。其要做稳定边界实验，就是在闭环控制系统中控制器仅仅只用比例作用，给不变值做单位阶跃扰动信号，比例带从较大逐渐减小，一直到被控对象趋近于临界振荡为止，记录临界比例带还有振荡周期。 （3）Ziegler-Nichols经验公式。该方法先根据相关数据算出系统的开环阶跃响应曲线，再由控制对象的时间常数、纯迟延时间和放大系数，按照其经验公式计算PID参数。  第5章 双容水箱液位控制系统设计 5.1 双容水箱结构 双容水箱的液位系统结构图如图5-1所示，其中有两个水泵分别通过两个支路向上面的水箱注水，第一支路增加一个调节阀，保持下水箱液位恒定；第二支路设置变频器，通过变频器对下水箱液位起到干扰作用。 图5-1?双容水箱结构图 已知上下水箱的传递函数分别为： Gp1(s)=?H1(s) Gp2(s)=?H 在设计双容水箱系统时有以下三个基本要求：首先画出可视化水箱系统液位简单的方框图，水箱系统分别在有干扰、无干扰作用下进行仿真。要求系统框图简洁明了，且系统要能体现在有干扰和无干扰两种作用下的过程仿真；二是要求设计单回路控制，画出控制系统方框图，在控制系统有无干扰情况仿真，其中 PID 参数的整定要求写出整定的依据；三是对施加干扰作用的液位控制系统进行串联控制，在原来的基础上画出水箱控制系统的方框图，对水箱控制系统的动态过程进行仿真，通过对仿真结果的对比得出结论。 5.2 MATLAB设计系统分析? 机理法和测试法是控制系统建模常用的两种基本方法。本设计建模时我们已知双容水箱的数学模型，且主要的生产过程也