水箱液位控制系統設計-資料下載頁

【導讀】溢出造成浪費,也不能過少而無法滿足需求。因此液面高度是工業控制過程中一個。重要的參數，特別是在動態的狀態下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的效果。PID控制是目前采用最多的控制。制系統的建模、PID算法、傳感器和調節閥等一系列的知識。作為單容水箱液位。選用合適的器件設備、控制方案和算法，是為了能最大限度地滿足系統。對諸如控制精度、調節時間和超調量等控制品質的要求。動及電動機運轉等過程的自動控制一般不包括在內。一段的效果；化學反應器的反應溫度必須保持平穩，才能使效率達到指標。例如，用蒸汽加熱反應器或在沸器，如果在蒸汽總壓波動劇烈的情。壓力，必須維持在允許的范圍之內，才能使物料平衡，保持連續的均衡生產。不允許超出規定的限定否則將威脅生產安全。納入過程控制的目標范圍。②達到預期的產量和質量；③盡可能地減少原材料和能源損耗；④把生產對環境的危害降低到最小程度。

　　

【正文】 量越大，則余差越大。 （ 2） 對系統穩定性的影響：有圖可看出，比例度 ? 越大，過渡過程的曲線越平穩 。隨著比例度 ? 的減少，系統將發散振蕩程度增加，衰減比減少，穩定性變差，當減少到某一數值時，系統將發散振蕩，十分危險，有時甚至造成重大事故。 （ 3） 對系統過渡過程的影響：由圖可見，隨比例度的減少，振蕩加劇，振蕩頻率提高，將被控量拉回到設定值所需時間就短。一般而言，在廣義對象的放大系數較小，時間常數較大，時滯較小的情況下，比例度 ? 選的小些，以提高系統靈敏度；反之，當廣義對象的放大系數較大，時間常數較小，而時滯較大的情況下，必須適當增大比例度以 增加系統的穩定性。 （ 4） 對最大偏差的影響：最大偏差在兩類外作用下不一樣，在擾動作用下 ?越小，最大偏差越小；在設定作用下是系統處于衰減振蕩時， ? 越小，最大偏差越大。 有上述可知，只有當比例度 ? 的取值適當是，才可能取得系統呈衰減振蕩、最大偏差和余差都不太大，過程穩定快，回復時間短的控制效果，在工業生產中近長期實踐經驗，液位控制系統大致取值范圍為： %20～ %80、 在控制器的控制規律中， 比例作用是最基本、最主要也是應用最普遍的y(t) 減小 ?Y(0) 擾動作用 t t Y(0) y(t) ? 減小 新的設定值 設定作用 不同比例度下的過渡過程 19 控制規律，它能較為迅速地克服擾動的影響，使系統很快的確定下來，通常使用干擾幅度較小，負荷變化不大，過程時滯較小，控制要求不高，允許有余差存在的場合。 在液位控制系統中，往往只要求液位穩定在一定范圍內，并沒有嚴格要求即可采用比例控制。 4． 2 積分控制（ I） 積分控制規律是指輸出變化量 )(tu? 與輸入變化量 )(te 積分成正比，即 : dttektu tI )()( 0? ??? Ik :積分速度 積分控制特點：積分控制主要用于消除余差，但作用緩慢，總滯后與偏差的存在不能及時有效的克服擾動的影響，致使被控變量的動態偏差增大，控制過程拖長，甚至使系統難以穩定，因此積分控制規律在工業生產上很少單獨使用，都是與比例作用組合來使用的。 4． 3 微分控制（ D） 微分控制規律是指其輸出信號的變化量 )(tu? 與偏差信號的變化速度成正比，即： dttdeTtuD )()( ?? DT ：微分時間 微分控制規律特點：微分控制作用是按偏差的變化速度進行控制的，因此它具有“超前控制”作用，其控制的結果不能消除偏差，所以控制規律不能單獨使用。它常與比例或比例積分組合構成比例微分或比例積分微分控制規律，而從實際使用情況來看，比例微分控制規律使用的較少，在生產上微分往往與比例積分結合在一起使用，組成 PID 控制。 4． 4 比例積分控制 （ PI） 比例積分控制規律是比例作用與積分作用的疊加，其數學表達式為：?????? ??? ?tCc dtteTteKtu 0 )(1)()( )(teKC ：比例項 ?tIC dtteTK 0 )()( : 是積分項 IT :積分時間 IIC KTK ?)( 比例積分控制是在比例控制作用的基礎上引入積分作用 來消除余差，故比例積分控制是使用最多、應用最廣的控制規律，在反饋控制系統中，約有 20 75%是采用 PI 作用的。但是，加入積分作用后，會使系統 穩定性降低；要保持系統原有的穩定性，必須加大比例度 ? （即削弱比例作用），這又會使 2 質量有所下降，如最大偏差 和振蕩周期相應 增大、過渡時間加長。對于控制通道滯后較小、負荷變化不太大、工藝、參數不允許有余差的場合（如流量或壓力控制） ，采用比例積分控制規律可獲得較好的控制質量。 4． 5 比例積分微分控制 （ PID） 理 想 比 例 積 分 微 分 控 制 規 律 PID 的 表 達 式 ：?????? ???? ? dt tdeTdtteTteKtu DtC )()(1)()( 01 雖然微分作用對于克服容量滯后有顯著的效果，但對克服純滯后是無能為力的。在比例作用的基礎上加上微分作用 能提高系統的穩定性，再加入積分作用可以消除余差。所以適當調整 ? 、 IT 、 DT 三個參數，可以使控制系統獲得較高的控制質量 。由于， PID 控制規律集中了三種控制作用的優點，既能快速進行控制，有能消除偏差，還可以根據被控制變量的變化趨勢超前動作，具有較好的控制性能 ，所以在實際應用中得到廣泛應用。 5 簡單實例 水箱液位控制系統應用很廣， 浮子式液位控制是其中比較簡單的一種應用， 浮子常用來測量液位，但是在日常生活中它卻常常發揮著其他用途，用它 常常可以構成簡單的比例調節器， 最常見的廁所水箱里面裝浮子并不是用來測水位，而是用來控制水 位的；在汽車的 “化油器 ”中，用來控制油位的高低。 5． 1 液位控制在 廁所中的應用 為了節省水，沖廁所必須用足夠多的水以足夠的沖力一次沖凈。為了有足夠的沖力，蓄水用的水箱中的水必須有足夠的水位，而控制這個水位的任務就交給了水箱中的浮子。其具體原理是：水箱里的浮子通過 21 長柄帶動進水閥門，水位低時閥門開大，當水位到達足夠使用的高度時，浮子就把進水閥門關閉了。 裝置在水進滿以后就不再工作了，這是因為廁所沖水是不定期的，而且是一次性的。但是，假如水箱底部出水處的放水閥（空心橡皮塞）關閉不嚴的話，水位就不可能維持長久， 一旦水位稍低，浮子就會把進水閥門微微的打開一些。這時有了進水補充，若進水和出水能平衡，水位就不再下降，穩定在一個新高度上。如果出水塞破損，水漏得太快，水位必然要下降，浮子也就要降低，進水閥也就會開大，進水流量也就會增加，水位不至于下降太多。你若把出水塞的漏水看成某人在用水，如果沒有任何控制進水的裝置，肯定很快就要漏光。但現在就不同了。在連續用水的情況下，有了這套裝置也會是水位變化不致太大。換句話說，連續用水情況下，它對水位也有自動調節作用。水位偏差越大進水閥的動作幅度也越大，這種特性就叫 “比例動作 ”。只不過 在廁所水箱正常使用中體現不出連續調節的作用，只看到它能控制進水終了時的水位。 5． 2 液位控制在 汽車上的應用 汽車發動機上的 “化油器 ”（新式有電噴裝置的汽車沒有化油器），其功能是 “化 ”汽油用的，但不是化合而是混合。 活塞在汽缸里運動的吸氣過程，會使進氣的喉管處形成氣流，氣流把汽油從浮子室里吸出來并沖成霧狀，再加上汽油的揮發作用就和空氣充分混合變成易燃氣體。為了混合均勻，要保持汽油在進入氣流時有恒定的壓力，這就必須維持小室里的油位恒定。 汽油的消耗量隨載重量、車速、路況等因素而變，所以浮子室往外送出的汽油流量 是會變的，但無論怎么變，浮子室的油位不應該有太大的波動。用浮子控制進油流量就能達到這個要求。耗油多時油位低，浮子下降，把進油針閥開大，油位也就不會太低了。反之，耗油少時進油減少，小室里的油也不會過滿。 正是這種簡單的 水箱液位控制系統在 我們日常生活提供著各種實用的服務 . 22 總結 經過幾個月的努力，本次畢業設計圓滿完成。在本次畢業設計中通過查閱大量的資料，是我的知識得以擴充，加深了對本專業的認識， 這次畢業設計通過老師的指導，同組同學的討論，以及自己的努力，我圓滿的完成了任務，達到了設計的目的。我學會了 過程控制 設 計的基本方法，對系統的整體分析。真正感受到所學知識與實際的應用 。 通過這次設計使我明白到有些東西看上去非常簡單，當自己置身其中去做時，并不容易了。在畢業設計的這段時間里，我也發現了自己所應該改進或是較為缺乏的部分，其一是分析問題的能力：可能是自己學習的不夠扎實，實習中碰到了不少釘子，遇到問題時頭腦很茫然；二是解決問題的成熟度：這也許是個性使然，再加上缺少經驗的累積和歷練，所以在處理設計中的問題時，容易慌慌張張．這次設計也讓我再次體會到書本上學習到的專業知識和實際應用起來是兩個完全不同的概念，所以在現階段的學 習中，我們主要是應該去學習專業理論知識，學習掌握分析問題和解決問題的能力。在以后的工作中，把理論和實際相結合，努力實現大學所學習的理論知識。所以說，這次畢業設計也是對以前所學知識的一個初審吧！對于我以后學習、找工作也真是受益菲淺。我感性回到理性的重新認識，進一步對社會的認知，對于以后工作所應把握的方向也有所啟發！ 23 致謝 在這次畢業設計中，我要感謝我的指導老師，他給予我許多的幫 助和鼓勵。我還要感謝在設計過程中所有給予我真誠熱情幫助的老師和同學。