水箱液位控制系統控制實現及開環辨識

本文摘自我的實驗報告

單回路水箱液位控制系統參數整定

利用單回路水箱液位控制系統的算法進行控制系統參數設計。按照如下步驟進行參數的整定。

將硬件按照算法所設計的硬件輸入輸出接口相連接；

將軟件與PLC裝置進行通訊和聯機設置；

打開設備電源，使設備進行工作；

打開數據收集模塊開關，進行數據的收集；

利用收集的數據結合MATLAB作圖，觀察控制系統的控制效果；

如效果不佳，修改PID參數并重新進行2~6步的整定步驟，如果效果良好，轉到第7步；

記錄PID數據及水箱的液位數據.
如下所示為參數整定的流程圖

特別地，整定過程中需要注意以下幾點：

確定數據收集的次數，并注意數據是否滿足上載到主機的條件；

選取合適的PID調節方法，如衰減曲線法、等；

調節PID參數進行參數整定時，要耐心細心。
如下所示為前幾次參數整定的水箱液位圖

可以看到，液位穩定的穩態時間較長，超調量不夠大，繼續修改I和D參數。得到如下所示的滿足4：1的曲線

此時系統的PID參數分別是10000，1000，70。參數整定完成。

單回路水箱液位控制系統結論

從上述參數整定的結果和水箱液位變化圖來看，單回路水箱液位控制系統能夠快速地將液位變化到給定液位，同時超調量和上升時間均滿足預期要求，動態性能良好；在液位穩定后，液位變化很小，穩定在給定液位，穩態性能良好。說明經參數整定后的單回路水箱液位控制系統是有效的，能對水箱液位進行控制。

水箱液位串級控制實現

水箱液位串級控制系統參數整定

串級控制系統的參數整定與單回路控制系統的參數整定步驟類似，不同的是串級控制有2個PID參數，在上述單回路水箱液位控制系統參數已整定的基礎上完成串級控制系統的參數整定。
按照4.1.1所述的參數整定步驟進行參數整定，得到如下圖所示的液位變化曲線

此時的水箱管壓PID參數分別是15000，100，20。

水箱液位串級控制系統結論

從上述參數整定的結果和水箱液位變化曲線來看，水箱液位串級控制系統能夠快速地將液位變化到給定液位，同時超調量和上升時間均滿足預期要求，動態性能良好；在液位穩定后，液位變化很小，穩定在給定液位，穩態性能良好。說明經參數整定后的水箱液位串級控制系統是有效的，能對水箱液位實現控制，達到預期的控制效果。
將單回路和串級控制的液位變化曲線繪制到同一張圖中

水箱液位控制系統辨識實現

水箱液位控制系統開環辨識在水箱液位串級控制系統實現的基礎上進行。按照如下步驟進行水箱系統的開環辨識

首先給定液位，利用水箱液位串級控制系統使水箱穩定在某一液位上，記錄下此時的齒輪泵輸出數值；

關閉水箱液位串級控制系統，給定齒輪泵輸出，要求該輸出大于水箱液位200~300；

打開水箱液位系統，但對其不控制，即既不是單回路控制也不是串級控制；

等待其重新穩定到某一液位值時，上載水箱液位變化數據；

將水箱液位變化數據導出到MATLAB，并利用系統辨識工具箱，對系統進行辨識；

對辨識后的系統進行調整，使其擬合于系統實際的液位變化曲線。
開環辨識的系統流程圖如下圖所示：

給定液位為50，待系統經水箱液位控制系統穩定后，給定齒輪泵輸出，該輸出比串級控制系統的齒輪泵輸出數值大200。待水箱液位再次穩定后，將水箱液位變化數據導入到MATLAB中進行系統辨識，系統辨識的工具箱使用示例如下。

經辨識得到的結果如下圖所示，可以看到辨識的精度達到了95.27%。

繼續對得到的傳遞函數進行調整，使其擬合于水箱實際的液位變化曲線。得到如下圖所示的傳遞函數和液位曲線擬合。


至此，開環辨識已經完成，我們得到了系統的傳遞函數的各個參數，并用該傳遞函數對系統實際的液位曲線變化進行擬合，從上圖種可以看到，擬合效果良好。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的台达PLC水箱液位控制系统参数整定及开环辨识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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