过程控制课程设计——三容水箱

三容水箱液位控制系统的设计

图22 PID调节的仿真框图

得到其阶跃响应曲线如下所示：

图23 PID调节H1的响应曲线

图24 PID调节H2的响应曲线

图25 PID调节H3的响应曲线

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三容水箱液位控制系统的设计

从图中看到，虽然实现了无静差控制，但响应时间比较长，h1、h2、h3的响应时间分别为3000s、2750s、2900s。超调量分别为15%、18%、5%。相对于单回路控制而言，明显提高了动态响应过程，使得系统性能有了较大的改善，控制效果相对理想。 3.2.4 串级反馈调节

为提高h3的响应速度，采用串级控制方法，由于对h1、h2的调节品质没有很高要求，因此，使用具有“粗调”作用的副控制器调节h1、h2，具有“细调”作用的主控制器调节要求较高的h3。利用内环调节h1、h2，使得h1、h2调节时间更短，从而间接提高h3的响应品质。串级调节器的设计方法使用两步法：先整定内环，在整定外环。 1、加一级水箱的h1液位的负反馈

由于对h1、h2的调节品质没有很高要求，允许有余差，故内环调节可以使用P调节，而液位h3是生产过程中的重要指标，要求很高，故在外环调节仍使用PID调节，但由于在单回路中PID调节的动态调节不满意，故在串级调节中适当增加?d，即?d?550。在本次设计中，内环比例调节的比例系数Kp?35。

图27 串级控制的仿真框图

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三容水箱液位控制系统的设计

图28 串级控制的H1响应曲线

图29 串级控制的H2响应曲线

图30 串级控制的H3响应曲线

由仿真结果可知，h1、h2、h3的响应时间得到明显的改善，分别为1000s、1500s、1750s。虽然h2的动态响应过程不理想，超调过大，但是在实际生产过程中并不会溢出物料罐，同时h3的超调减少了，而响应时间有了很大的改善。说明串级控制作用很理想。 2、加二级水箱的h2液位的负反馈

进行进一步的调节，加入二级水箱的h2液位负反馈。内环使用p调节，比

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三容水箱液位控制系统的设计

例度为0.6；外环使用PI调节，传递函数

2434s?2.457。

700s

图31 串级控制加入二级水箱液位的负反馈仿真框图

2434s?2.457内环使用p调节，比例度为0.6；外环使用PI调节，传递函数。单

700s位阶跃响应如下图：

图32 二级负反馈的H1响应曲线

图33 二级负反馈的H2响应曲线

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