過程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告_總終結(jié)篇

1、過 程 控 制 綜 合 實(shí) 踐組 長：李艷杰 （）組員姓名：李 君 （） 劉建為 （）陸雨順 （）葉昌燕 （）游盛文 （）張 超 （）邱 恒 （）邢瑞強(qiáng) （）班 級：機(jī)電學(xué)院自動化05級3班指導(dǎo)教師：徐寶昌 許亞嵐 聶建英目 錄：第1章 課程題目分析3第2章 單回路雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6第3章 液位-液位串級雙容控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23第4章 前饋-反饋雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)33參考文獻(xiàn)40第一章 課程題目分析選擇題目一 雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)一雙容液位控制系統(tǒng)。要求學(xué)生以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)自行設(shè)計(jì)，進(jìn)行多種類型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（單回路、串級、前饋等），確定選用的檢測點(diǎn)和操縱變量，分析說明理由。

2、進(jìn)行儀表的選型，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或模擬儀表控制系統(tǒng)來進(jìn)行系統(tǒng)接線，完成系統(tǒng)的投運(yùn)，設(shè)定合適的PID參數(shù)，以達(dá)到要求的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)，并分析PID的三個調(diào)整參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響。綜合考慮抗干擾問題、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)偏差等，對所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析等。（1）了解A3000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工藝流程、工藝指標(biāo)和操作條件；（2）掌握雙容液位控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)。（3）熟悉液位控制系統(tǒng)的各種自動化儀表及測量點(diǎn)設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)閥的選擇；（4）熟悉雙容對象的控制方案和實(shí)現(xiàn)方法，熟悉雙容液位控制系統(tǒng)中PID參數(shù)的調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備A3000現(xiàn)場系統(tǒng)（本組采用3號設(shè)備），DDC控制系統(tǒng)或

3、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要求（1）系統(tǒng)的工藝流程圖、控制方案與簡圖（2）控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)：受控對象、受控變量、操縱變量、擾動變量等（3）測量點(diǎn)設(shè)計(jì)：現(xiàn)有測量點(diǎn)的位置選擇是否正確，相應(yīng)的測量儀表的特性要求等（4）建立對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用Matlab對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真（5）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的投運(yùn)，包括如何設(shè)計(jì)一個完整的能夠滿足設(shè)計(jì)要求的工藝過程，利用過程控制工程課程中的參數(shù)整定方法來整定控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投運(yùn)起來（6）要求能夠得到衰減比為4：1的衰減振蕩曲線（7）控制性能分析現(xiàn)場系統(tǒng)組成A3000現(xiàn)場系統(tǒng)（A3000-FS和A3000-FBS）包括三水箱，一個鍋爐，一個強(qiáng)制換熱器，兩個水泵，兩個流量計(jì)

4、，一個電動調(diào)節(jié)閥。其他還包括加熱管，大水箱，如圖1.1 所示 控制柜組成A3000控制系統(tǒng)（A3000-CS）包括了傳感器、執(zhí)行器、I/O連接板、三個可換的子控制系統(tǒng)板，第三方控制系統(tǒng)接口板。水泵出口壓力變送器調(diào)壓器+加熱器鍋爐溫度傳感器換熱器熱出溫度傳感器換熱器冷出溫度傳感器儲水箱溫度傳感器滯后管溫度傳感器上水箱液位傳感器中水箱液位傳感器下水箱液位傳感器1#水泵2#水泵變頻器電磁流量計(jì)渦輪流量計(jì)電動調(diào)節(jié)閥2#電磁閥1#電磁閥滯后管板式換熱器液位開關(guān)1液位開關(guān)2圖1.1 2型現(xiàn)場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖1-4-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制方案設(shè)計(jì)我們組采用了3種控制方案，分別是單回路，雙液位串級，前饋反饋控制。下

5、面我們分別對這3種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章 單回路雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一般是指用一個控制器來控制一個被控對象，其中控制器只接收一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單回路流量PID控制系統(tǒng)也是一種單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，典型的單回路流量PID控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示： 圖2.1 典型的單回路流量PID控制系統(tǒng)方框圖在單回路流量PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測量電路主要功能是測量對象的液位并對其進(jìn)行歸一化等處理；PID控制器是整個控制系統(tǒng)的核心， 控制單回路的液位達(dá)到期望的設(shè)定值。工藝流程圖圖2.2 單回路工藝流程圖設(shè)計(jì)說明受控對象: 水槽二 受控變量: 水槽二的液位操

6、縱變量: 進(jìn)入水槽一的流量擾動變量: 影響被控變量的各種擾動測量變送環(huán)節(jié) : 把水槽2的液位測量出來并轉(zhuǎn)化為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號的液位變送器控制器: A3000中的PID調(diào)節(jié)器執(zhí)行器:電動調(diào)節(jié)閥 實(shí)驗(yàn)步驟一、對象特性測試（水箱特性和電動調(diào)節(jié)閥的流量特性）（1）在A3000-FS實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，打開閥門JV201、JV205,調(diào)節(jié)下水箱閘板開度15mm，其余閥門關(guān)閉，構(gòu)成雙容的單回路液位控制。檢查所有的測量原件和接線及其他原件均無誤后，再進(jìn)行下面的操作。（2）開啟電動調(diào)節(jié)閥到一定開度， 防止泵出口壓力過高。（3）打開A3000電源。在A3000-FS上，啟動右邊水泵。（4）啟動計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)

7、入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇“雙容水箱液位單回路控制實(shí)驗(yàn)”。（5）調(diào)節(jié)閥特性測試：將調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方式設(shè)置為手動，按照下表將調(diào)節(jié)閥至于不同的開度，記錄在其不同開度下的輸入流量的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下:調(diào)節(jié)閥控制信號（%）流量（%）100.2151.7205.4258.93011.83514.140164517.55018.75519.86020.96521.87022.57523.18023.58523.99024.19524.310024.5根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出特性曲線如下：從特性曲線上可以得出：該調(diào)節(jié)閥的特性是快開特性y= -0.004037*x2 + 0.7055*x + -6.58（Y是流量，X是閥門開度

8、）擬合后曲線圖： （6）中水箱液位特性測試：實(shí)驗(yàn)條件：閘板開度15mm，電動調(diào)節(jié)閥控制信號由50%到60%變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見【附2_中水箱特性.xls】濾波前中水箱液位隨時間的變化曲線：采用matlab進(jìn)行濾波（每11值進(jìn)行平均，濾波程序見附錄）：濾波后中水箱液位隨時間的變化曲線：濾波后液位和流量隨時間的變化曲線：使用matlab進(jìn)行中水箱特性擬合結(jié)果：General model Exp1: f(x) = a*exp(b*x)Coefficients (with 95% confidence bounds): a = 1 (fixed at bound) b = -0.01632 (-0.0165

9、7, -0.01608)Goodness of fit: SSE: 0.1666 R-square: 0.9894 Adjusted R-square: 0.9894 RMSE: 0.028791-h(t)/K=exp(-0.01632*t)即-1/T=-0.01632解得T=61.0392157由于流量的階越不是理想階越，其經(jīng)歷的時間大約為10S，所以對象特性的時滯計(jì)算無意義，設(shè)為零對象模型：G(s)=2.888368/(1+61.3*s)（7）下水箱液位特性測試： 實(shí)驗(yàn)條件：閘板開度15mm，電動調(diào)節(jié)閥控制信號由50%到60%變化1、流量階越變化下，下水箱液位的變化曲線：2、濾波前后下水箱

10、階躍響應(yīng)曲線（粗線為濾波后的曲線）：用matlab進(jìn)行下水箱特性擬合：求得：K=2. T=46.926則對象的特性為：G2(s) = 2./ (1+46.93*s)下圖為實(shí)際的階躍響應(yīng)特性曲線和擬合的階躍響應(yīng)曲線對比，擬合效果較好（8）單回路系統(tǒng)整體特性測試：實(shí)驗(yàn)條件：閘板開度15mm，電動調(diào)節(jié)閥控制信號由50%到60%變化1、實(shí)際液位和流量隨時間的變化曲線：2、濾波后系統(tǒng)液位隨時間的變化曲線：1、理論上雙容對象的單位階越響應(yīng)為：K*(1+(-T2*exp(-t/T2)+T1*exp(-t/T1)/(T2-T1)使用matlab進(jìn)行整體的特性測試得到對象特性為H(s)/Qi(s)= 2.467

11、/(1+56.85*s)(1+60*s)擬合的單位階越響應(yīng)曲線和實(shí)際的單位階越響應(yīng)曲線如下， 效果較好二、調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定（1）按照圖2.3接線，選擇反作用控制器首先將下水箱液位420mA信號輸出線連接到內(nèi)給定PID智能調(diào)節(jié)器的420mA輸入端。將智能PID的420mA輸出端連接到電動調(diào)節(jié)閥的420mA輸入端。調(diào)節(jié)器的正反作用選擇：電磁閥為電開閥，調(diào)節(jié)器為反作用；反之，調(diào)節(jié)器是正作用.（假設(shè)下水箱的液位升高，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的輸入信號增大，為使水位保持在給定值，需將電動調(diào)節(jié)閥開度減小，減小流量。因此若為電開閥，控制器輸出信號減小，控制器為反作用；若為電關(guān)閥，控制器輸出信號應(yīng)該增大，控制器為正作用

12、。）由于實(shí)際為電開閥的，所以控制器選擇反作用。圖2.3 接線示意圖（2）在A3000-FS上，打開閥門JV201、JV205,調(diào)節(jié)下水箱閥板開度 15mm，其余閥門關(guān)閉，構(gòu)成雙容的單回路系統(tǒng)。檢查所有的測量原件和接線及其他原件均無誤后，再進(jìn)行下面的操作。開啟電動調(diào)節(jié)閥到50%開度， 防止憋泵。（3）打開A3000電源。在A3000-FS上，啟動右邊水泵。（4）啟動計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇“雙容水箱液位單回路控制實(shí)驗(yàn)”。（5）將調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方式設(shè)置為手動（6）設(shè)置調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，手動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的輸出使水槽2液位在50%附近，即水箱液位穩(wěn)定在設(shè)定的值附近。（7）將調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式由手動切換

13、到自動，確定是無擾動切換。（8）將調(diào)節(jié)器Sp值設(shè)置為50%,比例度=200%，積分時間最大，微分時間=0（比例系數(shù)指的是0%100%的比例帶）待系統(tǒng)液位曲線穩(wěn)定后開始【用衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)】：將比例度從50%變化到15%，SP（黃色曲線）由25%變化到32%時 得到PV（紅色曲線）震蕩曲線如下：比例度從15%變化到14%，SP由32%變化到25%是PV振蕩曲線，得到PV 4:1衰蕩曲線：根據(jù)上述振蕩曲線和數(shù)據(jù)得出：=14，T=125s衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)如下：|比例度%積分時間Ti（s）微分時間Td(s)PS14PI1.2S16.80.5TS62.5PID0.8S11.20.3TS3

14、7.50.1TS12.5A PI作用對系統(tǒng)的整定：將整定參數(shù)S =16.8% ， T=62.5s設(shè)置到調(diào)節(jié)器中，使用matlab仿真時，simulink連接圖如下：當(dāng)SP 由25%變化到30%，PI的整定曲線下面是仿真結(jié)果：由于調(diào)節(jié)閥是快開特性而模型中采用的線性閥，其增益為實(shí)際閥的平均增益，所以模型略有失配我們發(fā)現(xiàn)過渡過程的曲線不滿足控制品質(zhì)的要求,因此對PID參數(shù)稍作調(diào)整，使得S =16.8% ，T=80s，SP 由30%變化到25% 時PI整定曲線：仿真曲線：再進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使得S =18% ， Ti=80s，當(dāng)SP 由25%變化到30%時PI整定曲線；仿真曲線：此時，過渡過程的曲線滿足控

15、制品質(zhì)的要求，因此PI作用的參數(shù)為：S =18% ， Ti=80sBPID作用對系統(tǒng)的整定： 設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)為：S =11.2% ，Ti=37.5s， Td=12.5s ，應(yīng)用simulink仿真連接如下：當(dāng)sp由30%變化到25%時，PID整定曲線：仿真曲線：從過渡過程曲線中，我們發(fā)現(xiàn)它不滿足控制品質(zhì)的要求，從而對PID參數(shù)稍作調(diào)整，使得S =15% ，Ti=40s， Td=10s 當(dāng)sp由25%到30%時PID整定曲線：仿真曲線此時，過渡過程的曲線滿足控制品質(zhì)的要求，因此PID作用的參數(shù)為：S =15% ，Ti=40s， Td=10s控制性能分析：采用PI調(diào)節(jié)作用后，雙容液位控制系統(tǒng)可以

16、消除余差。在比例度不變的情況下，Ti越小，積分作用和控制作用越強(qiáng)，最大偏差越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差。采用PID調(diào)節(jié)作用后，由于D的超前調(diào)節(jié)作用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時由于D作用是根據(jù)偏差的變化趨勢調(diào)節(jié)的，反應(yīng)迅速及時。第三章 液位-液位串級雙容液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是由兩個控制器組成，一個控制器的輸出作為下一個控制器的設(shè)定值，兩個控制器各有自己獨(dú)立的測量輸入，只有主控制器有獨(dú)立的設(shè)定值，只有副控制器的輸出傳送給被控變量。在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由兩個被控量，即主控量與被控量。副回路是由副控制器、調(diào)節(jié)閥、中水箱、測量電路所構(gòu)成的，作用迅速，可迅速克服進(jìn)入其的干擾，副回路的引入也改變了主

17、回路的響應(yīng)速度，從而改變整體的控制品質(zhì)。下水箱是主控對象，水需要經(jīng)過中水箱才能進(jìn)入下水箱，時間常數(shù)比較大。如圖所示，設(shè)計(jì)好下水箱和中水箱的串級控制系統(tǒng)。將主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器。由上分析，副調(diào)節(jié)器選純比例控制，正作用，自動。主調(diào)節(jié)器選用比例控制或比例積分控制，反作用，自動。反復(fù)調(diào)試，使中水箱的液位快速穩(wěn)定在給定值上，這時給定值應(yīng)與副反饋值相同。待液位穩(wěn)定后，通過水泵向中水箱小流量注水，加入擾動。若參數(shù)比較理想，且擾動較小，經(jīng)過副回路的及時控制校正，不影響下水箱的液位。如果擾動比較大或參數(shù)并不理想，雖經(jīng)過副回路的校正，還將影響主回路，此時再由主回路進(jìn)一步調(diào)

18、節(jié)，從而完全克服上述干擾。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對主回路的液位的影響較小。串級控制系統(tǒng)方框圖：圖3.1 串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制系統(tǒng)工藝流程圖：【設(shè)計(jì)說明】主控變量：下水箱液位副控變量：中水箱液位副對象：中水箱 主對象：下水箱主控制器：內(nèi)給定PID控制器副控制器：外給定PID控制器副回路：處于串級控制系統(tǒng)內(nèi)部的，由外給定PID控制器和中水箱組成的回路。主回路：若將副回路看成一個以主控制器輸出信號為輸入，以副變量為輸出信號的等效環(huán)節(jié)，則串級系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個單回路，即主回路。系統(tǒng)投運(yùn)（1） 將主調(diào)節(jié)器的給定值設(shè)定為內(nèi)給定方式，副調(diào)節(jié)器的給定值設(shè)為外給定方式。（2） 手動調(diào)節(jié)副控制器

19、輸出，控制調(diào)節(jié)閥開度，使生產(chǎn)處于要求的工況（中水箱液位在固定值附近），然后調(diào)節(jié)主控制器的輸出，使得副控制器的偏差為0，然后將副控制器由手動切到自動。（3） 調(diào)節(jié)主控制器的手動輸出，當(dāng)主變量接近設(shè)定值時，將主調(diào)節(jié)器切入自動實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定（1）A3000-FS系統(tǒng)連線如下：將下水箱液位信號的輸出連接到內(nèi)給定PID的輸入端口中，內(nèi)給定數(shù)字PID控制器的輸出連接到外給定PID的外給定4-20mA輸入中，中水箱的液位信號輸入至外給定數(shù)字PID控制器4-20mA輸入端口，外給定數(shù)字PID控制器輸出至電動調(diào)節(jié)閥輸入端口。在A3000-FS上，打開手動調(diào)節(jié)閥JV201、JV205,調(diào)節(jié)中水箱、下

20、水箱閘板具有一定開度（15mm），其余閥門關(guān)閉。（2）在A3000-FS上，啟動右邊水泵，給中水箱注水。（3）PID參數(shù)整定兩步整定法： 1 先整定副環(huán)。在主、副回路均閉合，主、副調(diào)節(jié)器均為純比例作用條件下，將主控制器的比例度置為100，按單回路整定法整定副回路，得到副回路在滿足4：1衰減下的副控制器的比例度和工作周期。（此時主回路應(yīng)斷開） 2 在副控制器的比例度為的條件下，逐漸減小主控制器的比例度，直到得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度和工作周期 3 根據(jù)前面得到的、，利用衰減曲線法的計(jì)算公式，計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。 4 將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制

21、器上，看是否滿足要求，如不滿足，則做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。下表計(jì)算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)：副控制器整定表：比例度%積分時間Ti微分時間TdPPI1.20.5PID0.80.30.1主控制器整定表：比例度%積分時間Ti微分時間TdPPI1.20.5PID0.80.30.1 首先整定副控制器：（藍(lán)色的線為中水箱液位，紅色的線為下水箱液位，粉紅色的線為副控制器輸出值，即電動調(diào)節(jié)閥信號，黃色的線為主控制器給定值）主回路處于手動狀態(tài)，副回路自動狀態(tài)，比例度=15%，主回路調(diào)節(jié)輸出，即副控制器的給定值由31%到36%的階躍變化下，中水箱液位的變化曲線：此后我們進(jìn)行了多次整定實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們得出：副回路無法得出4：1衰

22、減振蕩的曲線，所以主回路切入手動狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們?nèi)位芈稰I控制作用的參數(shù)：=18%Ti=80s，直接整定主回路，此時在副回路給定值由30%到25%的階躍，副回路階躍響應(yīng)為：整定主控制器主控制器比例度34%，sp 30%到35%的階躍，圖像如下：主控制器參數(shù)整定如下（=34% T=300s）：比例度% 積分時間Ti 微分時間TdP34PI1.240.80.5150PID0.827.20.3900.130PI作用調(diào)節(jié)：給主調(diào)節(jié)器參數(shù)為 =40.8 Ti=150當(dāng)SP從35%變化到30% 得到曲線變化為：仿真連接圖 如下：仿真圖片如下：紅色：中水箱液位 淺藍(lán)色：下水箱液位 黃色：信號階躍我們發(fā)現(xiàn)

23、過渡過程的曲線滿足控制品質(zhì)的要求，所以參數(shù)設(shè)置合理。PID作用調(diào)節(jié)：給主調(diào)節(jié)器參數(shù)為 =27.2 Ti=90s Td=30s仿真連接圖如下：當(dāng)SP從30%變化到35% 得到曲線變化為：仿真圖像如下：紅色：中水箱液位 淺藍(lán)色：下水箱液位 黃色：信號階躍我們發(fā)現(xiàn)過渡過程的曲線不滿足控制品質(zhì)的要求，所以對參數(shù)稍作調(diào)整。使PID 主控制器比例度改為40%SP 從35%變化到30% 得到曲線變化為：Simulink連接圖相同仿真圖像如下：紅色：中水箱液位 淺藍(lán)色：下水箱液位 黃色：信號階躍我們發(fā)現(xiàn)過渡過程的曲線不滿足控制品質(zhì)的要求，所以對參數(shù)稍作調(diào)整。使PID 主控制器比例度改為50%SP 從30%變化

24、到35% 得到曲線變化為：Simulink連接圖相同仿真圖像如下：紅色：中水箱液位 淺藍(lán)色：下水箱液位 黃色：信號階躍我們發(fā)現(xiàn)過渡過程的曲線滿足控制品質(zhì)的要求，所以參數(shù)設(shè)置合理?？刂菩阅芊治觯海ˋ）由于副回路的快速作用，可迅速克服進(jìn)入副回路的干擾，故選用PI作用可以進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)（B）引入副回路減小了副對象的相位滯后，從而改善了主回路的響應(yīng)速度，這對克服進(jìn)入主副回路的干擾都是有利的（C）串級控制系統(tǒng)改善了系統(tǒng)的魯棒性（D）副回路可按主回路的要求對副變量進(jìn)行精確的控制（E）由于該串級系統(tǒng)有較大的滯后，故可以采用PID作用進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)第四章 前饋-反饋雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理前饋控制又稱擾動

25、補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，與被調(diào)量發(fā)生偏差之前使兩者抵消。因此，前饋調(diào)節(jié)對干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是開環(huán)控制。其控制效果需要通過反饋加以檢驗(yàn)。前饋控制器在測出擾動之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。如果沒有反饋系統(tǒng)，則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動使用。如果支路二出現(xiàn)擾動，經(jīng)過流量計(jì)測量之后，測量得到干擾的大小，然后在第一個支路通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償。而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。（水泵一所在支路為支路一

26、，水泵二所在支路為支路二）如果沒有反饋，就是開環(huán)控制，這個控制是有余差的。增加反饋通道，使用進(jìn)行控制。前饋控制不考慮控制通道與對象通道延遲，則根據(jù)物料平衡關(guān)系，簡單的前饋控制方程為：。兩個流量的和要保持穩(wěn)定，有兩個條件，一是準(zhǔn)確知道第二個支路的流量，二是準(zhǔn)確知道開度對應(yīng)的流量關(guān)系?！竟に嚵鞒虉D】 圖3.1 工藝流程圖(設(shè)法保持下水箱液位穩(wěn)定，使用兩個水泵注水，其中一個作為干擾)控制系統(tǒng)方框圖測量變送環(huán)節(jié)GfF(s)Y(s)_雙容水箱Gd(s)Gc(s)+圖3.2 控制系統(tǒng)方框圖【設(shè)計(jì)說明】受控對象：下水箱受控變量：下水箱液位操縱變量：進(jìn)入中水箱的流量干擾變量：進(jìn)入中水箱的流量前饋控制：根據(jù)進(jìn)入

27、中水箱的流量擾動控制進(jìn)入中水箱的流量反饋控制：根據(jù)下水箱液位來進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)測量變送環(huán)節(jié) : 把水槽2的液位測量出來并轉(zhuǎn)化為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號的液位變送器控制器: A3000中的PID調(diào)節(jié)器執(zhí)行器：電動調(diào)節(jié)閥【實(shí)驗(yàn)步驟】本實(shí)驗(yàn)只使用Matlab進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下：Simulink仿真圖：主回路采用4：1衰減曲線法整定時的主回路比例度為8.5%，積分時間71s，同時副回路的比例度30%，積分時間30s，據(jù)此填寫下表：整定方法S比例度（%）Ti積分時間（s）Td微分時間（s）P8.5PI10.235.5PID6.821.37.1 Simulink仿真圖一、主控制為比例作用 1、沒有前饋時對干擾的響應(yīng)：根據(jù)上圖