1.4 本文的主要内容和安排
论文针对双水箱串级系统研究了基于STEC1000控制器和STEC-2016触摸屏监控的PID控制算法,进行了仿真比较,最后将控制程序进行现场实验,根据现场的实验状况对控制程序进行一定的调试和改进。本文各章节主要内容安排如下:
第一章为绪论。首先讲述了双水箱串级系统的研究背景和研究意义,描述了PID控制技术的发展历史与现状,详细阐述了数字PID控制器的控制算法,包括增量式PID控制算法和位置式PID控制算法,并介绍了两种算法各自的优缺点。
第二章研究了双水箱串级系统的工作原理和数学模型。阐述了双水箱串级系统的PID控制的实现方法,详细介绍了常规PID控制和增量式PID控制算法的控制原理,并且通过模拟仿真,比较了两者的控制效果。最后设计了在现场实现的增量式PID控制程序。
第三章详细介绍了现场实验过程中所使用的各种软硬件,包括STEC1000控制器,SRDev编程软件,STEC-2016 触摸屏,HoxConfig界面监控软件。逐步展示了每种软硬件在试验过程中的使用步骤、方法以及发挥的作用。
第四章研究了PID控制程序现场实验及调试。先是简单介绍了实验平台,然后详细阐述了双水箱串级系统PID控制的工作流程和PID调节过程中的参数整定,最后根据现场实际情况对PID控制程序进行了改进。
最后部分是结论,对全文的研究工作予以总结。
2 双水箱PID控制及其改进
2.1 双水箱的工作原理及其数学模型
双容水箱液位的控制作为过程控制的一种典型对象,自身存在滞后、对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点,不同控制算法直接影响控制精度。串联双容水箱液位控制系统的源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/
结构图如图2.1所示,本系统中的被控量为下水箱的液位h2,其工作原理是将检测液位和给定液位进行比较,调节R1的开度,通过控制流入上水箱水速的大小,来控制下水箱液位的高度。
系统原理[5]是被测对象由两个不同容积的水箱串联组成,故称其为双容对象。二容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型[5]的乘积,即可用两个一阶惯性环节来描述,加上系统纯滞后,可得其传递函数为
式中: ,为二容水箱的放大系数;T1、T2
分别为两个水箱的时间常数; 为滞后时间。
由于系统滞后的时间与水箱进水阀和出水阀的开度大小密切相关,改变相应的阀门开度后,对象可能出现不同程度的滞后特性,所以经典的控制方法很难达到满意的控制效果。