指導(dǎo)教師：雙容水箱液位控制系統(tǒng)

控制算法設(shè)計(jì)班級(jí)：熱動(dòng)101班學(xué)生：學(xué)號(hào)：論文框架234516緒論單、雙容水箱的數(shù)學(xué)建模

雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)雙容水箱的線性PID控制參數(shù)整定雙容水箱液位的非線性PID控制算法設(shè)計(jì)總結(jié)課題的提出設(shè)計(jì)的目的和意義液位控制的目前現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)本位的主要研究?jī)?nèi)容緒論雙容水箱的數(shù)學(xué)建模

從過(guò)程控制的角度來(lái)看，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以從兩個(gè)方面來(lái)描述：一是研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工況。穩(wěn)態(tài)工況下，系統(tǒng)的各個(gè)變量與時(shí)間無(wú)關(guān)，描述系統(tǒng)各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程為代數(shù)方程；二是研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)系統(tǒng)處在動(dòng)態(tài)過(guò)程，各個(gè)變量都不是常數(shù)，是隨著時(shí)間變化的,主要運(yùn)用微分方程進(jìn)行描述。模型的建立方法主要可分為機(jī)理建模法、階躍響應(yīng)法。機(jī)理推理傳遞函數(shù)為：階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)處理方法

0.32〈t1/t2〈0.46

過(guò)曲線的拐點(diǎn)做一條切線，它與橫軸交于A點(diǎn)，OA即為滯后時(shí)間常數(shù)故雙容水箱的數(shù)學(xué)模型如下：常規(guī)線性PID控制器的原理比例放大系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響積分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響微分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響P、I、D參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量影響分析

比例放大系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響

Kp越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，靜態(tài)偏差就越小且動(dòng)態(tài)偏差也越小，衰減率減小，但是振蕩劇烈。

積分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響積分時(shí)間Ti越小，積分作用越強(qiáng)，非周期成分衰減速度越快，消除靜態(tài)偏差的能量越強(qiáng)。反之，當(dāng)系統(tǒng)中的積分時(shí)間Ti無(wú)限大，無(wú)差調(diào)節(jié)也就變成了有差調(diào)節(jié)。微分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)性能的影響

適當(dāng)?shù)脑黾∥⒎謺r(shí)間Td，可以明顯減小調(diào)節(jié)過(guò)程動(dòng)態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間。但是微分時(shí)間不能無(wú)限增大，否則會(huì)使調(diào)節(jié)速度太快而造成工作品質(zhì)惡化，出現(xiàn)單方向的高頻振蕩。

雙容水箱的線性PID控制參數(shù)整定

工程整定方法：它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行控制器參數(shù)整定，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。

PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例帶法、衰減曲線法和反應(yīng)曲線法。

三種方法都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。臨界比例帶法臨界比例帶法三種整定的單位階躍響應(yīng)曲線衰減曲線法衰減曲線法三種整定的單位階躍響應(yīng)曲線臨界比例帶和衰減曲線法PID整定的階躍響應(yīng)曲線

雙曲余弦增益的非線性PID控制器

控制器參數(shù)優(yōu)化

上述非線性PID控制器還沒(méi)有具體有效的整定方法，考慮到熱工過(guò)程建模的復(fù)雜性和不確定的外部因素等等的相互影響探究合理的分析計(jì)算方法相對(duì)困難，因此本文采用Simulink下的NCD模塊進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。具體過(guò)程如下：（1）尋求控制器參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求就行參數(shù)初始化；（2）確定整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)域性能比如調(diào)節(jié)時(shí)間，穩(wěn)態(tài)時(shí)間，上升時(shí)間，超調(diào)量等，從而確定對(duì)參數(shù)的優(yōu)化的前提條件；（3）設(shè)定變量的允許誤差范圍和約束誤差范圍，使得系統(tǒng)的最優(yōu)化變量和約束變量之間的差值到達(dá)最小時(shí)停止優(yōu)化；（4）運(yùn)行優(yōu)化程序，得到最優(yōu)化的控制參數(shù)；雙容水箱液位控制系統(tǒng)的仿真加入階躍擾動(dòng)后曲線對(duì)比總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果表明，雖然傳統(tǒng)的線性PID控制器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)容易、控制理想好等優(yōu)點(diǎn)，在雙容水箱液位控制中獲到了廣泛的應(yīng)用。但是這種方式一般能夠滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不能滿足其它的控制指標(biāo)比如精確度、超調(diào)量等，所以對(duì)雙容水箱液位控制系統(tǒng)進(jìn)行控制器參數(shù)優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。雖然非線性控制算法很多，本文只是引用了一種雙曲余弦增益的非線性PID控制算法對(duì)雙容水箱進(jìn)行對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)MATLAB對(duì)系統(tǒng)仿真的結(jié)果說(shuō)明，大多數(shù)非線性PID控制算法的響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)的精確度高，系統(tǒng)的波動(dòng)小，控制效果比傳統(tǒng)線性