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文檔簡介
1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)——基于互耦水槽控制的幾種PID整定方法的比較研究一、目的:1、互耦水槽動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模2、互耦水槽簡單反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)備及軟件:CoupledtankslabatyMatlab三、內(nèi)容:1、以互耦水槽為對(duì)象,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模,并對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證2、利用三種工程PID整定方法(穩(wěn)定邊界法、響應(yīng)曲線法、SMC法)進(jìn)行PID參數(shù)整定3、三種工程PID整定方法對(duì)干擾抑制效果的比較,比較的性能指標(biāo)包括(上
2、升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間、控制器輸出信號(hào)平滑性、ISE、IAE、魯棒性)四、要求:1、上機(jī)時(shí)間嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排表執(zhí)行2、每位同學(xué)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交圖表、總結(jié)五、實(shí)驗(yàn)步驟:1、互耦水槽實(shí)驗(yàn)室軟件的介紹:①互耦水槽的原理圖:圖1互耦水槽系統(tǒng)原理圖如圖1所示,系統(tǒng)由兩個(gè)相同的水槽組成。兩個(gè)水槽通過閥門V3連接在一起,在圖3中,設(shè)定值是通過信號(hào)發(fā)生器(圖中SignalGenerat1和SignalGenerat2)提供的,信號(hào)發(fā)生
3、器可以提供五種類型的信號(hào)源,分別為階躍信號(hào)、正弦波信號(hào)、方波信號(hào)、脈沖信號(hào)和嗓聲信號(hào)。閥門的開關(guān)通過雙擊閥門上的紅色開關(guān)來實(shí)現(xiàn),紅色開關(guān)與管子垂直時(shí),表示閥門關(guān),反之,表示閥門開。雙擊PID控制器可以設(shè)置PID控制器的三個(gè)參數(shù)值(kp、ki、kd)。另外,整個(gè)實(shí)驗(yàn)可以在開環(huán)和閉環(huán)兩種狀態(tài)下進(jìn)行,如果要進(jìn)行閉環(huán)控制,,需將反饋線路上的開關(guān)指向非0V的那一端。圖中用6處不同顏色菱形框標(biāo)注的地方是示波器所測(cè)的參數(shù),下面分別介紹一下:①為水槽1
4、的液位值②為被控參數(shù)設(shè)定值③為被控參數(shù)設(shè)定值與實(shí)際值的偏差④為水槽2的液位值⑤為PID控制器輸入⑥為PID控制器輸出。下半部分的左面為示波器的顯示界面,整個(gè)界面被橫軸和縱軸又分為四個(gè)部分,橫軸為時(shí)間軸,單位為S,縱軸為電壓軸,單位為伏特,示波器可以顯示互耦水槽系統(tǒng)6個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài),如圖3所示為①-⑥,每個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài)在示波器上通過不同顏色的曲線顯示。在下半部分的右測(cè)還可以對(duì)示波器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,如設(shè)置時(shí)間軸和電壓軸的每一間隔所表示的
5、時(shí)間和電壓值,這樣可以將曲線進(jìn)行相應(yīng)的放大和縮小,另外在示波器設(shè)置界面上還有一些功能按鈕,如RUNSTOPRESETDISPLAY等等,RUN使示波器處于運(yùn)行狀態(tài),采集數(shù)據(jù)STOP使示波器停止運(yùn)行,這時(shí)前面采集到的數(shù)據(jù)會(huì)停在顯示界面上,然后可以通過EXPT按鈕,將圖形導(dǎo)出成文件,以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2、過程建模:①單水槽系統(tǒng)的建模:首先我們對(duì)單水槽系統(tǒng)進(jìn)行建模。(當(dāng)V3關(guān)閉,V1打開,只考慮水槽1時(shí))根據(jù)物料、能量的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系,對(duì)于水槽
6、1,有或者寫成式中:V1為水槽1中液體的體積H1為水槽1中的液位高度A為水槽1的橫截面積Q1i為流入水槽1的流量Q1o為流出水槽1的流量。那么,當(dāng)V3關(guān)閉,V2打開時(shí),同樣可以按上述方法列出水槽2的動(dòng)態(tài)平衡方程。流入水槽的流量是受泵的控制,泵的流量與DC電動(dòng)機(jī)電樞電壓之間呈線性關(guān)系,即壓電傳感器設(shè)備測(cè)量到水槽的液位H后,返回一個(gè)電壓值h,h和水槽的液位H是成比例關(guān)系的,當(dāng)水槽被液體100%裝滿時(shí)對(duì)應(yīng)的h是10V,當(dāng)水槽內(nèi)沒有液體時(shí),對(duì)應(yīng)
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