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基于Matlab的對過程控制系統(tǒng)的PID整定 孔凡楊 河南省心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453700 摘要：本文就分析了串級控制系統(tǒng)的特點和設(shè)計，并分析了基于MATLAB的增量式PID算法應(yīng)用在其中的應(yīng)用，通過分析發(fā)現(xiàn)PID參數(shù)整定方法能夠很好地實現(xiàn)串級控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞：matlab；串級控制；pid整定 筆者在此介紹了一種采用基于MATLAB的增量式PID控制的雙容無自衡串級貯槽液料控制系統(tǒng)，并在PID參數(shù)整定方法的作用下實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的良好控制效果。 1串級控制系統(tǒng)的相關(guān)特點和設(shè)計分析 在對純滯后和時間常數(shù)較大的對象控制中可使用串級控制系統(tǒng)，其對于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高主要表現(xiàn)在以下幾個方面，第一，是它能夠很好地克服副回路中的二次干擾；第二，它能夠使控制對象的時間常數(shù)減小；第三，它能夠使動態(tài)特性在被控過程中得到改善，依此使控制系統(tǒng)的工作頻率得以提高；第四，這種串級控制系統(tǒng)還能很好地適應(yīng)操作條件和負荷的變化。 主回路和主參數(shù)的設(shè)計選擇。在某些條件下，最直接有效的質(zhì)量指標也可被選為主參數(shù)，不然在選擇主參數(shù)時相關(guān)人員還可以選擇一個與產(chǎn)品質(zhì)量有單值函數(shù)關(guān)系的參數(shù)，但是靈敏度和工藝過程的合理性是這個被選主參數(shù)必須滿足的條件。 副回路和副參數(shù)的設(shè)計與選定。較強的抑制擾動能力和較快的調(diào)節(jié)速度是串級控制系統(tǒng)副回路具備的主要優(yōu)勢，所以相關(guān)人員可以把盡可能多的一些擾動干擾放在副回路的設(shè)計中以充分利用副回路自身的優(yōu)勢，使其減少干擾對主參數(shù)的影響以提高其控制質(zhì)量。 2基于MATLAB的串級控制系統(tǒng)分析 本文介紹的是一個串聯(lián)式雙容無自衡液位過程，由上方的進料管液料流進貯槽S1，然后再經(jīng)過管道液料又流進貯槽S2，這時液料的流出受到變頻調(diào)速器的控制，如果此變頻調(diào)速器的工作頻率是固定不變的，那么一個積分時間常數(shù)不變的積分環(huán)節(jié)就會在貯槽S2中構(gòu)成，在當前的工藝生產(chǎn)過程中液料位通常被要求在貯槽S2中保持某一定值，令被控制量為h，使S1中進料體積流量q為控制變量，在這種情況下這個串聯(lián)式雙容無自衡液位過程的機構(gòu)式可列為： 在這個串級控制系統(tǒng)中(如上圖所示)，副參數(shù)被選擇為貯槽S1，主參數(shù)被選擇為貯槽S2的液位h，當控制系統(tǒng)運行時反饋的貯槽液位測量值就會被變頻器收集并實現(xiàn)與設(shè)定值的對此，之后相關(guān)數(shù)據(jù)值就會被送入PID模塊進行計算，并實現(xiàn)輸出頻率的自動更改，以對液料流量和電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)整，從而使貯槽液位實現(xiàn)穩(wěn)定，和貯槽S1、S2分別對應(yīng)的液位傳感器1和2將對其對應(yīng)的貯槽信號的檢測結(jié)果在A/D轉(zhuǎn)換的作用下傳送到計算機，然后分別與兩個PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值對比，并實現(xiàn)對其差別進行判斷和計算。 MATLAB的兩個PID算法程序被上位機所調(diào)用，PID1的輸入信號就是貯槽S2液料位信號與事先的系統(tǒng)設(shè)定值對比得到的偏差；然后該偏差會在PID1中實現(xiàn)運算并將信號輸出，然后就將其作為槽S1的系統(tǒng)設(shè)定值，然后將貯槽S1液料位信號與該設(shè)定值進行對比，再將此偏差輸入PID2進行運算，然后利用D/A轉(zhuǎn)換應(yīng)用于運算結(jié)果，從而使電機的輸出頻率被改變，實現(xiàn)了對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整，從而使控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對貯槽S1控制，進而也控制了S2的目的。 3串級系統(tǒng)的PID參數(shù)整定 在串級系統(tǒng)的整定中試湊法、兩步和一步整定法是主要運用的工程整定方法。具體如下，首先應(yīng)選一適當?shù)母闭{(diào)節(jié)器，對其設(shè)置要根據(jù)純比例控制規(guī)律并放大倍數(shù)KC2，在主調(diào)節(jié)器的設(shè)置中也應(yīng)先置于純比例控制規(guī)律作用下，然后將實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的工作，并在這個過程中利用相關(guān)單回路整定方法使主調(diào)節(jié)器參數(shù)實現(xiàn)調(diào)整，并在施行干擾的情況下，觀察相關(guān)的運行狀況，并在KC1和KC2相互匹配原理的支持下實現(xiàn)對調(diào)節(jié)器參數(shù)的改進，經(jīng)過對系統(tǒng)的多次調(diào)試，當液位在貯槽S2中實現(xiàn)快速穩(wěn)定于設(shè)定值時，反饋值也與設(shè)定值相同，當液位穩(wěn)定后將擾動干擾加于貯槽S1，如果在副回路的校正作用下液位還受到影響的話，為了克服這種擾動的干擾主回路應(yīng)該對此進一步實施調(diào)節(jié)，而保證擾動影響的消除，使液位處在設(shè)定值上。 依據(jù)此系統(tǒng)的工程整定方法中一步整定法對系統(tǒng)的參數(shù)進行整定如下：副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)KC2設(shè)定為2，然使將積分系數(shù)Ki2被設(shè)定為1000，之后對主調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定根據(jù)4頤1衰減曲線法實施，可以得到啄S1為12.5%，TS1為7s，參數(shù)整定后的實時控制曲線如下： 綜上所述，這種采用基于MATLAB的增量式PID控制的雙容無自衡串級貯槽液料控制系統(tǒng)，在PID參數(shù)整定方法的作用下實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的良好控制效果。 參考文獻： 1何東健,劉忠超,范靈燕.基于MATLAB的PID控制器參數(shù)整定及仿真J.西安科技大學學報,xx,26(4):511-514. 2唐賢倫,仇國慶,李銀國,等.基于MATLAB的