液位閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計

課題完成的設(shè)計任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)功能設(shè)計一個液位閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) 。在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要對儲罐、反應(yīng)器等密閉容器的液位進行控制，為了能夠精確控制液位高度，保證正常生產(chǎn)，要求設(shè)計液位閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能抑制流量波動，且系統(tǒng)無余差。設(shè)計任務(wù)及要求1、確定控制方案并繪制工藝P&ID圖、系統(tǒng)框圖； 2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號和參數(shù)；3、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式；4、若設(shè)計由計算機實現(xiàn)的數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及程序流程圖；5、按規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上。測量范圍：20～100cm；控制精度：±0.5cm；控制液位：80cm；最大偏差：1cm；1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（2天，分散完成）2、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制P&ID圖、系統(tǒng)框圖。（1天，實驗室完成）3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號。（2天，分散完成）4、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式。（實驗室1天）5、仿真分析或?qū)嶒灉y試、答辯。（3天，實驗室完成）6、撰寫、打印設(shè)計說明書（1天，分散完成）平時：論文質(zhì)量：答辯：指導(dǎo)教師簽字：總成績：年月日摘要單純采用流量控制的負反饋回路對于汽包液位波動較大的情況液位會產(chǎn)生很大的波動不符合控制參數(shù)要求；雙沖量采用前饋反饋的控制模式，在對給水系統(tǒng)中的水壓等干擾因素造成的波動不能及時抑制。三沖量控制系統(tǒng)能及時克服負荷(蒸汽量)和給水流量的干擾作用，調(diào)節(jié)精度較高，適用于汽包容積較小、負荷和給水干擾較大的場合。

目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 4第2章課程設(shè)計的方案及論證 52.1提出方案 52.2總體方案論述 7第3章系統(tǒng)設(shè)計及器件組成 83.1三沖量控制系統(tǒng)原理 83.2硬件設(shè)計 93.2.1液位變送器的選擇 93.2.2壓力傳感器與變送器選擇 103.2.3執(zhí)行器的選擇 103.2.4控制器的選擇 113.2.5控制器的作用方式 113.2.6閥的開閉選擇形式 113.3軟件設(shè)計 113.3.1PID對控制的影響 113.3.2PID控制器的參數(shù)調(diào)整 123.4給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 13第4章系統(tǒng)仿真及設(shè)計 14第5章課程設(shè)計總結(jié) 18參考文獻 19

第1章緒論典型的工業(yè)過程可分為三種：連續(xù)控制（continuousprocess）、離散過程（discreteprocess）和批量過程（batchprocess）。然而，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計采集的是實時的液位和流量值，所以屬于連續(xù)控制。鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中重要的供暖設(shè)備，而汽包水位又是鍋爐安全運行的重要參數(shù)。同時，它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡的標(biāo)志。因此，鍋爐汽包水位一直受到重視。保持鍋爐汽包水位在一定的范圍內(nèi)是鍋爐穩(wěn)定安全運行的主要指標(biāo)。水位過高造成飽和蒸汽帶水過多，汽水分離差，使后續(xù)的過熱器關(guān)閉結(jié)垢，傳熱效率下降，過熱溫度下降，而汽包內(nèi)水的全部汽化導(dǎo)致水冷壁的損壞，嚴重時會發(fā)生鍋爐爆炸。液位的控制技術(shù)是通過控制進水或出水閥門的開度，改變水流量來實現(xiàn)的，而水溫的控制是通過調(diào)節(jié)加熱的功率來實現(xiàn)的。鍋爐液位的控制是鍋爐控制系統(tǒng)較為重要和比較難于控制的一項。第2章課程設(shè)計的方案及論證2.1提出方案方案一：單沖量水位控制系統(tǒng)額直接用水位信號與給定值信號相比較，控制器根據(jù)該偏差的正負與大小，輸出開關(guān)給水調(diào)節(jié)閥門的信號，這種系統(tǒng)稱為單沖量水位控制系統(tǒng)。直接用水位信號與給定值信號相比較，控制器根據(jù)該偏差的正負與大小，輸出開關(guān)給水調(diào)節(jié)閥門的信號，在蒸汽流量忽然增加時，給水流量小于蒸發(fā)量，水位應(yīng)當(dāng)下降。但由于爐筒內(nèi)的貯汽減少，內(nèi)部壓力忽降，從而使水面下的爐筒容積擴大，并加速汽化，由于水面下容積擴大，使水位迅速上升，產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象。而控制器根據(jù)偏差信號改變給水流量與需求相反，必然會加劇水位的大幅度波動，所以在負荷變化頻繁情況下，不能采用單沖量水位控制系統(tǒng)。單沖量水位控制系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示：汽包汽包LC省煤器過熱器圖2.1單沖量水位控制系統(tǒng)原理圖方案二：雙沖量水位控制系統(tǒng)將蒸汽負荷的作為前饋信號，與汽包水位組成前饋-反饋控制系統(tǒng)。在水位上升與蒸汽流量增加時，控制閥門動作反向，因此可節(jié)省儀表。但由于水位控制器的測量信號是水位信號與蒸汽流量信號之差，因此采用前饋時，不能保證水位無余差。雙沖量水位控制系統(tǒng)考慮了蒸汽流量擾動對汽包水位存在影響，但對給水量擾動為加考慮，因此，適用與給水流量波動較小的場合。雙沖量水位控制系統(tǒng)原理圖如圖2.2所示：汽包汽包LC省煤器蒸汽過熱器LYFTFY圖2.2雙沖量水位控制系統(tǒng)原理圖圖2.2雙沖量水位控制系統(tǒng)原理圖方案三：三沖量水位控制系統(tǒng)，考慮到給水流量的擾動影響及由于被空對象的非線性等因素，將給水流量引入到雙沖連不過控制系統(tǒng)中，組成三沖量水位控制系統(tǒng)。三沖量水位控制系統(tǒng)中，除了汽包水位和蒸汽流量外，引入的第三個沖量是給水流量。三沖量水位控制系統(tǒng)是將汽包水位作為主被空變量，給水量作為副被控變量的串級控制系統(tǒng)與蒸汽流量作為前饋信號的前饋串級反饋控制系統(tǒng)。三沖量水位控制系統(tǒng)以鍋爐水位為主控信號，蒸汽流量為前饋信號，給水流量為控制器的反饋信號來控制給水流量，它以物料平衡關(guān)系為依據(jù)，能適應(yīng)負荷的快速變化，它不僅能克服“虛假水位”的影響，也能克服由于給水壓力變化等因素引起給水流量變化的影響，從而使系統(tǒng)有更好的動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)特征。單級三沖量控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：相對單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)最好，能有效地滿足系統(tǒng)對快速性、穩(wěn)定性、準確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現(xiàn)象。三沖量水位控制系統(tǒng)原理圖如圖2.3所示：汽包汽包LT省煤器蒸汽過熱器LYFTFYFC圖2.3三沖量水位控制系統(tǒng)原理圖2.2總體方案論述通過比較看到三種控制方案中，第一個方案由于單純采用流量控制的負反饋回路對于汽包液位波動較大的情況液位會產(chǎn)生很大的波動不符合控制參數(shù)要求。第二種方案采用前饋反饋的控制模式，在對給水系統(tǒng)中的水壓等干擾因素造成的波動不能及時抑制。第三種方案控制效果最好，三沖量控制系統(tǒng)能及時克服負荷(蒸汽量)和給水流量的干擾作用，調(diào)節(jié)精度較高，適用于汽包容積較小、負荷和給水干擾較大的場合。目前已得到了應(yīng)用，實踐證明效果良好。綜上所述，本系統(tǒng)應(yīng)選用水位串級控制。主回路用于直接控制水位，主調(diào)節(jié)器一般都采用比例積分動作，維持水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器可以用比例或比例積分動作。

第3章系統(tǒng)設(shè)計及器件組成3.1三沖量控制系統(tǒng)原理三沖量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，是一個帶有前饋信號的串級控制系統(tǒng)。液位控制器LC與流量控制器FC構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。汽包液位是主變量、給水量是副變量。副變量的引入使系統(tǒng)對給水壓力的波動有較強的克服能力。蒸汽流量的波動時引起汽包液位變化因素，是干擾作用，蒸汽波動時，通過引入FC，使給水流量做相應(yīng)的變化，所以這是按干擾進行的控制，是把蒸汽流量信號作為前饋信號引入控制的。D控制過程：根據(jù)串級控制系統(tǒng)選擇主、副控制器的正反作用的原則，水位控制器LC反作用選反作用，流量控制器FC為正作用，控制器為氣關(guān)閥。當(dāng)水位由于擾動而升高時，因LC反作用，它的輸出下降，進入加法器后，使FC給定值減小而輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水量減小，水位下降，保持在設(shè)定值上；當(dāng)蒸汽流量增加時，F(xiàn)C給定值增加而輸出減小，調(diào)節(jié)閥的開度增加，給水量增加，保持水蒸氣平衡，使水位不變；副回路克服給水自身的擾動，要進一步穩(wěn)定了水位的自動控制；給水量增加，F(xiàn)C輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水量減小，從而保持水蒸氣平衡。D圖3.1三沖量水位控制結(jié)構(gòu)框圖圖3.1三沖量水位控制結(jié)構(gòu)框圖我們知道，水位控制的主要干擾是蒸汽流量的波動，而單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)這一干擾時，給水量的變化與負荷變化的方向相反，加劇了進出物料的不平衡，使水位偏差變大。雙沖量調(diào)節(jié)能消除蒸汽流量變化對水位的影響，但是系統(tǒng)對水位時一個開環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)負荷與給水量之間有一個偏差時，水位的偏差會越來越大。三沖量汽包水位控制系統(tǒng)能及時克服給水系統(tǒng)的干擾，改善了控制品質(zhì)。但是調(diào)節(jié)過程中還需要解決一個輸入信號系統(tǒng)的靜態(tài)匹配問題，且動態(tài)整定過程也比較復(fù)雜，因此采用前饋串級控制方案。利用前饋使給水量及時跟蹤輸出量，利用內(nèi)環(huán)實現(xiàn)對給水量的調(diào)節(jié)，利用外環(huán)實現(xiàn)對水位的調(diào)節(jié)。串級控制系統(tǒng)由兩個回路構(gòu)成；主回路和副回路。副回路起粗調(diào)作用，主回路起細調(diào)作用。把副回路之外的擾動叫做一次擾動。副回路的頻率比主回路的頻率高的多，副調(diào)節(jié)器能很快的克服二次擾動。帶前饋的串級水位控制系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。由Gc2、Gv2、Gp2、Gm2組成副回路，其中Gc2為副控制器，Kv就是副回路的控制對象。由Gc1、Gp1、Gm1及副回路一起構(gòu)成副回路，Gc1為主控制器。因為所有變動器的時間常數(shù)都較小，因此忽略不計。主回路用于直接控制水位，主控制器一般都采用比例積分控制，維持水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副回路調(diào)節(jié)器可以采用比例或者比例積分控制。與一般串級系統(tǒng)不同的這里引入了蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號，所以這是一個靜態(tài)前饋的串級控制系統(tǒng)。由于水位變化對負荷（蒸汽量）擾動D的響應(yīng)速度要比對基本擾動的影響速度快得多，因此，在外部擾動下被調(diào)量的變化速度加以限制。由圖3.1可知，帶靜態(tài)前饋的水位初級控制系統(tǒng)中蒸汽流量到給水量之間是一個隨動系統(tǒng)，使給水量跟隨蒸汽流量的變化而變化。水位串級控制系統(tǒng)中的水位擾動屬于內(nèi)部擾動，內(nèi)環(huán)能很快控制穩(wěn)定，而蒸汽流量擾動屬于外部擾動，必須依賴于回路的控制器進行控制。3.2硬件設(shè)計3.2.1液位變送器的選擇選擇TK3051L液位變送器：(1)工作原理：工作時高低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個張緊的彈性元件，其位移隨所受壓而變化（對于GP表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片上的低壓側(cè)一樣）。AP絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容板極檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字HART（高速可尋址遠程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號。(2)特點：完整的變送系列；測量范圍：20684（kPa）；精度等級：0.1；輸出信號：4-20（mA）；防爆等級：1；防護等級：1；電源電壓：6-12（V）；接口尺寸：M20*1.5（mm）結(jié)構(gòu)小巧、堅固、抗震；模塊化結(jié)構(gòu)；阻尼可調(diào)；多種選項，量應(yīng)用靈活；智能，模擬或低耗電路。3.2.2壓力傳感器與變送器選擇PTH501/502/503/504壓力傳感器/變送器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。特點：量程:-0.1~0～1～150(MPa)；綜合精度:0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS；輸出信號:4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)；供電電壓:24DCV(9～36DCV)；介質(zhì)溫度:-20～85～150℃；環(huán)境溫度:常溫(-20～85℃)；負載電阻:電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大于50KΩ；長期穩(wěn)定性能:0.1%FS/年；振動影響:在機械振動頻率20Hz～1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS；電氣接口(信號接口):四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母機械連接(螺紋接口):1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計。

3.2.3執(zhí)行器的選擇RZXP型新系列氣動調(diào)節(jié)閥采用頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧執(zhí)行機構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、充體通道呈S流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體等介質(zhì)，氣動調(diào)節(jié)閥的工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。

本系列產(chǎn)品的標(biāo)準型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫由-200℃~560℃范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準有IV級或VI級。流量特性為線性或等百分比?？刂破鞯倪x擇采用上海萬訊儀表有限公司生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI-818，SA-13智能位式調(diào)節(jié)儀為AI-708型。AI-818型儀表為PID控制型，輸出為4~20mADC信號。AI-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點型開關(guān)信號。AI系列儀表通過RS485串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。3.2.5控制器的作用方式當(dāng)設(shè)定值不變時，隨著測量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則稱為“正作用”方式；當(dāng)測量值不變時，設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出也增加，稱為“正作用”方式；如果測量值增加或設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。經(jīng)分析此系統(tǒng)為正作用方式。閥的開閉選擇形式關(guān)于給水調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)的選擇，一般都是從安全角度考慮的，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)設(shè)備安全的需要為首要依據(jù)。由于工業(yè)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)閥絕大部分為氣動調(diào)節(jié)閥，所以要選擇調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)方式。鍋爐給水調(diào)節(jié)閥一般采用氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，系統(tǒng)失控，供水調(diào)節(jié)閥處于全開位置，是鍋爐不致因給水中斷燒壞，避免爆炸等事故的發(fā)生。3.3軟件設(shè)計3.3.1PID對控制的影響（1）比例P調(diào)節(jié)在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例，即比例調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大稱為比例帶，其中KP為比例系數(shù)。人們希望盡量減小比例帶，然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)的激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。比例帶具有一個臨界值，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進一步減小比例帶系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。（2）積分I調(diào)節(jié)在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)的輸出信號的變化速度與偏差信號e成正比，即稱為積分速度，其中TI為積分時間常數(shù)。增大積分速度將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直至出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。I調(diào)節(jié)是無差調(diào)節(jié)，只有當(dāng)被調(diào)量偏差為零時，I調(diào)節(jié)的輸出才保持不變。I調(diào)節(jié)的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差,如果只采用I調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)，且振蕩頻率較低。（3）微分D調(diào)節(jié)D調(diào)節(jié)中的輸出與被調(diào)量或其偏差對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比，即。TD為微分時間。微分的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，與P結(jié)合PD或與PI構(gòu)成PID調(diào)節(jié)?？傊?，PID控制器中，比例環(huán)節(jié)主要減少偏差；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度；微分調(diào)節(jié)能加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。PID控制器的參數(shù)調(diào)整控制器的參數(shù)整定對系統(tǒng)的控制質(zhì)量起到了決定性的作用。確定控制器最佳過渡過程中的比例帶δ，積分時間TI和微分時間TD的數(shù)值稱為控制器參數(shù)整定?？刂破鲄?shù)整定的方法，在工程上常用的有以下幾種工程整定法。（1）經(jīng)驗法：其整定參數(shù)的順序是，先整定比例帶δ，待過渡過程穩(wěn)定后再加入積分作用以消除余差，最后加入微分，以加快過渡過程，進一步提高控制質(zhì)量。PID控制器的經(jīng)驗法整定：先將TD置為0，置TI為∞，先整定比例帶使之達到4：1衰減過程，然后將比例帶放大（10%-20%），而積分時間TI由大到小逐步加入，直至達到4：1的衰減過程，然后將比例帶減小到比原值?。?0%-20%）的位置，而積分時間也適當(dāng)減小，再把TD由小到大加入，觀察曲線，直到滿意的過程為止。（2）穩(wěn)定邊界法：這是一種閉環(huán)的整定方法。具體步驟如下：置控制器積分時間逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即臨界振蕩過程如圖4.1。錄此時的臨界比例帶δK及兩個波峰的時間TK利用δK和TK值，按穩(wěn)定邊界法計算表給出的相應(yīng)公式求出控制器的穩(wěn)定參數(shù)δ、TI、TD。（3）衰減曲線法：它是在經(jīng)驗法和穩(wěn)定邊界潛藏顧慮，針對它們的不足，反復(fù)實驗而得出的一種參數(shù)整方法。具體步驟如下：將控制器積分時間TI為最大值，微分時間為0，在純比例作用下，系統(tǒng)試運行。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設(shè)定值階躍擾動，并觀察系統(tǒng)響應(yīng)如圖4.1。若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則減小比例帶，反之，則增大比例帶。直到系統(tǒng)出現(xiàn)4：1的衰減振蕩過程，記下此時的比例帶和TS的數(shù)值。利用4：1衰減整定參數(shù)表求得控制器的PID數(shù)值。將比例帶放到比計算值大一些的數(shù)值上，然后把積分時間按計算值加入，再把微分時間加入，最后把比例帶減小到計算值，觀察過渡過程曲線，調(diào)整到滿意的結(jié)果。tttTkTstttTkTsrrr0r000tyy00t041

圖3.23.4給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性鍋爐的給水系統(tǒng)，汽包液位的動態(tài)特性似乎與單容水槽一樣，但是實際情況卻要復(fù)雜的多。其中最突出的一點就是水循環(huán)系統(tǒng)中充滿了夾帶著大量的蒸汽氣泡的水，而蒸汽氣泡的總體積是隨著氣泡壓力和爐膛熱負荷的變化而改變的。如果有某種原因使蒸汽泡的總體積改變了，即使水循環(huán)系統(tǒng)中的總水量沒有變化，汽包水位也會隨之發(fā)生改變。汽包液位過高會造成蒸汽帶水，影響汽水分離效果；水位過低容易使水全部被汽化燒壞鍋爐。影響汽包液位的因素，除了加熱汽化外，還有蒸汽負荷和給水流量的波動，當(dāng)負荷突然增大、汽包壓力突然降低時，水就會被急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“虛假液位”。

第4章系統(tǒng)仿真及設(shè)計根據(jù)仿真所采用的模型劃分，可將仿真分為數(shù)學(xué)仿真和物理仿真兩大類。物理仿真亦稱為實物仿真，它是在系統(tǒng)生產(chǎn)出樣機后，將系統(tǒng)實物全部或部分的引入回路，由于物理仿真能將系統(tǒng)的實際參數(shù)、數(shù)學(xué)仿真中難以考慮到的非線性因素和干擾因素引入仿真回路，因此物理仿真更接近系統(tǒng)的實際情況，通過仿真可以檢驗實物系統(tǒng)工作的可靠性，可以準確地調(diào)整系統(tǒng)元部件的參數(shù)。數(shù)學(xué)仿真就是將數(shù)學(xué)模型編排成模擬計算機的排題圖或數(shù)值計算機的程序。這一過程是將原始數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成仿真模型，通過對計算機模型的運行達到對原始系統(tǒng)研究的目的，數(shù)學(xué)仿真在系統(tǒng)設(shè)計階段和分析階段是十分重要的，通過數(shù)學(xué)仿真可以檢驗理論設(shè)計的正確性。1.通過對參數(shù)進行比較分析,選出各器件的最佳參數(shù):主控制器（Gc1）：1/（6s+1）副控制器（Gc2）：1/（8s+1）執(zhí)行器（Gv2）:3主檢測變送器（Gm1）：0.5/（0.1s+1）副檢測變送器（Gm2）：1/（0.1s+1）前饋檢測變送器（Gm）：0.2擾動通道傳函（Gf）：2/（3s+1）前饋通道的傳函（Gff）：0.2根據(jù)上述敘述，得到仿真圖如下：圖4.1三沖量控制系統(tǒng)的仿真圖圖4.圖4.2MATLAB系統(tǒng)仿真圖調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)的影響：改變執(zhí)行器（Gv2）為40，圖4.3MATLAB系統(tǒng)仿真圖由上圖可知，系統(tǒng)改變執(zhí)行器放大倍數(shù)之后，系統(tǒng)出現(xiàn)了等幅振蕩的情況，說明了改變了執(zhí)行器的增益使得系統(tǒng)的偏差信號增強，控制器的控制不能在其控制的范圍內(nèi)，系統(tǒng)此時不能夠恢復(fù)穩(wěn)定的狀態(tài)，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定的狀態(tài)。調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)的影響：改變主檢測變送器（Gm1）為0.5/（4s+1）得到圖:圖4.4MATLAB系統(tǒng)仿真圖由上圖可知，增加主控制回路檢測變送環(huán)節(jié)的時間常數(shù)后，由系統(tǒng)的輸出曲線可知，系統(tǒng)出現(xiàn)了振蕩的現(xiàn)象，說明檢測變送環(huán)節(jié)的時間常數(shù)過大，系統(tǒng)會出現(xiàn)振蕩，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)的影響：改變副檢測變送器（Gm2）：1/（8s+1）得到圖：

圖4.5MATLAB系統(tǒng)仿真圖由上圖可知，增加副控制回路檢測變送環(huán)節(jié)的時間常數(shù)后，由系統(tǒng)的輸出曲線可知，系統(tǒng)出現(xiàn)了振蕩的現(xiàn)象，而且在曲線的起始位置有一小段的時滯，說明檢測變送環(huán)節(jié)的時間常數(shù)過大，系統(tǒng)會出現(xiàn)振蕩，而且會使系統(tǒng)發(fā)生滯后。不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。綜上所述，各器件的最佳參數(shù)為：主控制器（Gc1）：1/（6s+1）；副控制器（Gc2）：1/（8s+1）；執(zhí)行器（Gv2）:3；主檢測變送器（G