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文檔簡介
1、過程控制系統(tǒng)課程設計過程控制系統(tǒng)課程設計——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、互耦水槽動態(tài)系統(tǒng)建模2、互耦水槽簡單反饋控制系統(tǒng)設計二、設備及軟件:CoupledtankslabatyMatlab三、內(nèi)容:1、以互耦水槽為對象,進行實驗建模,并對所建模型進行驗證2、利用三種工程PID整定方法(穩(wěn)定邊界法、響應曲線法、SMC法)進行PID參數(shù)整定3、三種工程PID整定方法對干擾抑制效果的比較,比較的性能指標包括(上
2、升時間、超調量、調整時間、控制器輸出信號平滑性、ISE、IAE、魯棒性)四、要求:1、上機時間嚴格遵循實驗計劃安排表執(zhí)行2、每位同學獨立完成設計3、實驗報告提交圖表、總結五、實驗步驟:1、互耦水槽實驗室軟件的介紹: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)由兩個相同的水槽組成。兩個水槽通過閥門V3連接在一起,在圖3中,設定值是通過信號發(fā)生器(圖中SignalGenerat1和SignalGenerat2)提供的,信號發(fā)生
3、器可以提供五種類型的信號源,分別為階躍信號、正弦波信號、方波信號、脈沖信號和嗓聲信號。閥門的開關通過雙擊閥門上的紅色開關來實現(xiàn),紅色開關與管子垂直時,表示閥門關,反之,表示閥門開。雙擊PID控制器可以設置PID控制器的三個參數(shù)值(kp、ki、kd)。另外,整個實驗可以在開環(huán)和閉環(huán)兩種狀態(tài)下進行,如果要進行閉環(huán)控制,,需將反饋線路上的開關指向非0V的那一端。圖中用6處不同顏色菱形框標注的地方是示波器所測的參數(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)設定值③為被控參數(shù)設定值與實際值的偏差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,整個界面被橫軸和縱軸又分為四個部分,橫軸為時間軸,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個部分的運行狀態(tài),如圖3所示為①-⑥,每個部分的運行狀態(tài)在示波器上通過不同顏色的曲線顯示。在下半部分的右測還可以對示波器的參數(shù)進行設置,如設置時間軸和電壓軸的每一間隔所表示的
5、時間和電壓值,這樣可以將曲線進行相應的放大和縮小,另外在示波器設置界面上還有一些功能按鈕,如RUNSTOPRESETDISPLAY等等,RUN使示波器處于運行狀態(tài),采集數(shù)據(jù)STOP使示波器停止運行,這時前面采集到的數(shù)據(jù)會停在顯示界面上,然后可以通過EXPT按鈕,將圖形導出成文件,以便進行數(shù)據(jù)分析。2、過程建模:①單水槽系統(tǒng)的建模:首先我們對單水槽系統(tǒng)進行建模。(當V3關閉,V1打開,只考慮水槽1時)根據(jù)物料、能量的動態(tài)平衡關系,對于水槽
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V3關閉,V2打開時,同樣可以按上述方法列出水槽2的動態(tài)平衡方程。流入水槽的流量是受泵的控制,泵的流量與DC電動機電樞電壓之間呈線性關系,即壓電傳感器設備測量到水槽的液位H后,返回一個電壓值h,h和水槽的液位H是成比例關系的,當水槽被液體100%裝滿時對應的h是10V,當水槽內(nèi)沒有液體時,對應
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