双容水箱液位串级控制系统的设计 - 图文

双容水箱液位串级控制系统的设计

在时间为0时对系统加入大小为30的阶跃信号，设置主控制器PID参数KP=60 TI=50 TD=3 ;副控制器P参数为KP=50，在初始点加40点阶跃输入量观察阶跃响应曲线。

3.4 MATLAB加入副回路仿真曲线图

图3.5 MATLAB不加入副回路仿真曲线

图3.4为加入副回路时的仿真曲线：图3.5为切除副回路时的仿真曲线.

由3.4和3.5两图对比可见，引入副回路组成双容水箱液位串级控制系统后动态特性比不加入副回路的控制系统有了很大的改善，提高了系统的工作频率，对被控对象的调节能力更强。

2．抗扰动能力

维持初始阶跃信号不变，并在副回路中加入扰动信号，观察响应曲线. 在400s经过惯性环节向副回路加入阶跃值为70的扰动信号。控制器参数不变。

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图3.6 SIMULINK仿真框图

图3.7 MATLAB加入副回路仿真曲线

图3.8 MATLAB不加入副回路仿真曲线

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双容水箱液位串级控制系统的设计

图3.7为加入副回路时的仿真曲线：图3.8为切除副回路时的仿真曲线.

由图3.7和图3.8对比可见，引入副回路组成双容水箱液位串级控制系统后能够很好的克服进入副回路的扰动,及时消除扰动对主参数的影响.在克服二次扰动方面串级控制比不加副回路的非串级控制好。

综上所述,选择串级PID控制的设计方案完成对水箱液位的控制调节应当是可行的.而且在改善系统的动态特性、抗扰动能力等方面与非串级控制系统是较为有效的。但是仿真曲线只是在计算机上通过对实际系统仿真得到的较理想的模拟曲线.实际系统设计现场必须综合考虑各方面的因素,不可能得到与计算机仿真一致的理想曲线和控制性能。

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4 建立仪表过程控制系统

以下将基于THJ-2高级过程控制实验装置和相关仪表仪器组建仪表过程控制系统，包括被控对象系统、智能仪表控制台及监控计算机三部分组成。

4.1过程仪表介绍

1．检测﹑变送装置

采用工业用的BP800型扩散硅压力变送器对水箱液位变化进行测量，含不锈钢隔离模片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。当水箱中注水导致液位变化时，BP800压力变送器对被控过程中的流体压力进行测量,过程压力通过压力传感器将压力信号转换成电信号,经差分放大器、输出放大器放大后,再经过V/A转换器,转换为与输入压力成线性对应关系的标准电流输出信号。BP800型压力变送器技术指标如下： 被测介质: 液体 机械保护： IP65 测量范围： 输出： 准确度： 零点温度系数： 满程温度系数: 电源电压： -100KPa～100MPa 4～20mA DC二线制 0.5级 小于0.02%/C 小于0.02%/C 24DC二线制 。。防爆等级： 关联设备： 温度极限: 过载极限： 相对湿度: 负载电阻： IaⅡCT5 EXZ231B安全栅 -10～80C 40～120C 额定量程的1.5～3倍 小于95% ≤750欧姆 。。表4.1压力变送器技术指标

2．执行机构 （1）水泵

采用16CQ－8P型磁力驱动泵,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W.为三相380恒压供水输入。 （2）调节阀

采用QSVP－16K型电动调节阀实现对双容水箱液位系统进水量的控制。其由QSL智能型电动执行机构与阀门组合构成。通过将压力变送器检测到的电压/电流信号输入到QSL电动执行机构的智能放大器，和来自位置信号发生器产生的开度信号相比较并放大后,向消除其偏差的方向驱动并控制电机转动,以改变调节阀的开度,同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统。当其偏差值达到零时,电机停止转动。 阀开关形式： 电开式 动作速度： 输入控制信号： 4～20mA DC/1～5V DC 输出信号： 输入阻抗： 电源： 公称直径： 公称压力： 行程： 4～20mA DC 250Ω/500Ω 220V/50Hz 20mm 1.6MPa 10mm 流量特性： 介质温度： 死区： 回差： 可调范围： 防护等级： 功耗： 表4.2电动调节阀技术指标

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0.25mm/s 直线 -4～200C ≤±1.0% ≤±1.0% 50:1 IP65 5VA 。额定流量系数Kv： 1.2 输出最大负载： <500Ω