计算机控制系统设计报告

姓名:班级:学号：专业:指导老师:摘要过程限制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行限制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位限制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，假如水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，假如排水或进水限制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的限制，假如锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位限制，限制精度与工艺的凹凸会影响产品的质量与成本等。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有肯定危急性的工作性质，极简洁出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。可见，在实际生产中，液位限制的精确程度和限制效果干脆影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的平安系数。所以，为了保证平安条件、便利操作，就必需探讨开发先进的液位限制方法和策略。在本设计中以液位限制系统的水箱作为探讨对象，水箱的液位为被限制量，选择了出水阀门作为限制系统的执行机构。针对过程限制试验台中液位限制系统装置的特点，建立了基于VisualBasic语言的PID液位限制模拟界面和算法程序。虽然PID限制是限制系统中应用最为广泛的一种限制算法。但是，要想取得良好的限制效果，必需合理的整定PID的限制参数，使之具有合理的数值。目录第1章概述 31.1MATLAB的基本介绍 31.2PID限制的基本介绍 31.3单容水箱生产工艺 51.4设计目的 5第2章总体方案设计 62.1单容水箱液位限制概述 62.2单容水箱液面限制系统的组成 6被控变量的选择 72.2.2执行器的选择 72.2.3液位变送器的选择 72.3单容水箱系统限制建模 102.3.1液面的限制实现 102.3.2被控对象 102.3.3水箱的建模 10第3章PID限制简介及整定 123.1液面限制系统中PID的算法 123.1.1PID限制原理 133.1.2位置型算法 153.1.3限制型算法 153.2系统PID限制特点 163.3系统PID参数整定方法 16第4章单容水箱液面限制仿真 184.1被控对象的模型仿真 184.2单容水箱液面限制仿真及结果 18总结 24参考文献 25概述1.1.MATLAB的基本介绍（1）MATALB语言体系MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件限制、函数调用、数据结构、输入输出、面对对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法试验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发困难的应用程序。（2）MATLAB工作环境这是对MATLAB供应应用户运用的管理功能的总称．包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。（3）图形图像系统这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB吩咐，也包括用户对图形图像等对象进行特性限制的低层MATLAB吩咐，以及开发GUI应用程序的各种工具。（4）MATLAB数学函数库这是对MATLAB运用的各种数学算法的总称．包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。（5）MATLAB应用程序接口这是MATLAB为用户供应的一个函数库，使得用户能够在MATLAB环境中运用c程序或FORTRAN程序，包括从MATLAB中调用于程序(动态链接)，读写MAT文件的功能。可以看出MATLAB是一个功能非常强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。除此之外，MATLAB还具有根强的功能扩展实力，与它的主系统一起，可以配备各种各样的工具箱，以完成一些特定的任务。1.2.PID限制的基本介绍当今的自动限制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分测量、比较和执行。测量关切的变量与期望值相比较，用这个误差订正调整限制系统的响应。这个理论和应用自动限制的关键是做出正确的测量和比较后，如何才能更好地订正系统PID-比例-积分-微分限制器作为最早好用化的限制器已有50多年历史现在仍旧是应用最广泛的工业限制器。PID限制器简洁易懂，运用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的限制器。PID限制器由比例单元，P、积分单元I和微分单元D组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为公式公式1-1比例调整作用按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调整马上产生调整作用用以削减偏差。比例作用大,可以加快调整,削减误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。积分调整作用使系统消退稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调整就进行,直至无差,积分调整停止,积分调整输出一个常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调整可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调整规律结合,组成PI调整器或PID调整器。微分调整作用微分作用反映系统偏差信号的变更率,具有预见性,能预见偏差变更的趋势,因此能产生超前的限制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调整作用消退。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适状况下,可以削减超调,削减调整时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调整,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变更率,而当输入没有变更时,微分作用输出为零。微分作用不能单独运用,须要与另外两种调整规律相结合,组成PD或PID限制器。PID限制器由于用途广泛、运用敏捷,，已有系列化产品。运用中只需设定三个参数Kp,Ki和Kd即可。在很多状况下，并不肯定须要全部三个单元可以取其中的一到两个单元，但比例限制单元是必不行少的。首先，PID应用范围广。虽然很多限制过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变更的系统，这样PID就可限制了。其次，PID参数较易整定。也就是PID参数Kp，Ki和Kd可以依据过程的动态特性刚好整定。假如过程的动态特性变更。例如可能由负载的变更引起系统动态特性变更PID参数就可以重新整定。第三PID限制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子，在工厂，总是能看到很多回路都处于手动状态。缘由是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足。采纳PID的工业限制系统总是受产品质量、平安、产量和能源奢侈等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID限制器已是商业单回路限制器和分散限制系统的一个标准。在一些状况下针对特定的系统设计的PID限制器限制得很好,但它们仍存在一些问题须要解决假如自整定要以模型为基础。为了PID参数的重新整定在线找寻和保持好过程模型是较难的。闭环工作时要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。假如自整定是基于限制律的，常常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变更引起的影响区分开来。因此受到干扰的影响限制器会产生超调产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于限制律的系统没有成熟的稳定性分析方法参数整定牢靠与否存在很多问题。因此很多自身整定参数的PID限制器常常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指依据开环状态确定的简洁过程模型自动计算PID参数。但仍不行否认PID也有其固有的缺点PID在限制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的困难过程时，工作地不是太好。最重要的是，假如PID限制器不能限制困难过程，无论怎么调参数都没用。虽然有这些缺点，PID限制器是最简洁的有时却是最好的限制器。1.3单容水箱生产工艺单容水箱液位限制系统试验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和限制。它具有过程限制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确限制随着工业的发展,液位限制在各种过程限制中的应用越来越广泛,为保证生产过程的平安,效益等对液位限制的精确要求,传统PID限制和模糊限制在液位限制中都有应用。依据不同状况下对液位限制的要求,选择最适合的限制方法,本试验以三容水箱的液位限制模型为探讨对象,用传统的PID限制进行调整,视察到传统PID限制措施简便,但超调量大,趋于稳定状态所需时间长。1.4设计目的此次设计的最主要目的是单容水箱液位限制系统设计基于SIMNLINK仿真的设计，利用MATLAB软件对工业过程限制的仿真，通过作图以及数据的分析推断系统的合理性、稳定性等，运用Simulink仿真工具进行三容水箱限制过程限制仿真，（单回路限制）包括过程限制数学模型的搭建，学习在虚拟环境下的PID参数整定。DGT第2章总体方案设计2.1单容水箱液面限制概述单容水箱液位限制系统试验装置模拟了工业生产过程中对液位、流量参数的测量和限制。它具有过程限制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性,难以对其进行精确限制。在试验的基础上对单容水箱的数学模型进行推导并显示建立的数学模型正确的反映出了单容水箱的动态特性。单容水箱是工业生产过程中多容流程对象的抽象模型,具有很强的代表性,可模拟工业过程阶次、线性或非线性、单容或多容、耦合或非耦合等特性、验证各种限制策略的性能优劣,因而探讨单容水箱的限制具有重要的理论意义和实际应用价值.本文在对单容水箱和工作机理分析的基础上,首先建立单容水箱的非线性数学模型,然后依据流量特性的特点,采纳分段线性化的方法设计了变参数PID限制器,仿真分析指出该限制策略在给定大范围变更时动态和静态性能较差的不足.从仿真和试验结果来看,非线性PID限制可以实现液位限制的“粗调”和“精调”,保证液位给定大范围变更状况下限制精确性,验证了本文所探讨限制策略的正确性和可行性。系统原理图如图2.1。2.2单容水箱液位限制系统的组成本设计探讨的水箱液位限制系统是简洁限制系统，是运用的族普遍的、结构最简洁的一种过程限制系统。所谓的简洁限制系统，通常是指一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及变送器）、一个限制器和一个执行器（限制阀）所组成的单闭环负反馈限制系统2.2.1被控变量的选择被控变量的选择是限制系统的核心问题，被控变量选择的正确与否是确定限制系统有无价值的关键。对于任何一个限制系统，总是希望其能够在稳定生产操作、增加产品产量、保证生产平安及改善劳动条件等方面发挥作用，假如被控变量学则不当，配备再好的自动化仪表，运用在困难、先进的限制规律也无用的，都不能达到预期的限制效果。对于水箱液位限制系统，其被控变量是自不待言的，液位就是其被控变量，是干脆参数限制。2.2.2执行器的选择执行器在限制系统中起着极其重要的作用。限制系统的限制性能指标与执行器的性能和正确选用有着非常亲密的关系。执行器接受限制其输出的限制信号，实现对操纵变量的变更，从而使被控变量向设定值靠拢。执行器位于限制回路的最总端，因此又称为最终元件。本设计所运用的执行器为限制阀，也称调整阀。限制阀发装现场，通常在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易渗透、易结晶、易燃易爆、剧毒等场合下工作。假如选择不当或修理不妥，就会使整个系统无法正常运作。阅历表明，限制系统不能正常运行的缘由，多数发生在限制阀上。对于系统限制阀的选择很重要。限制阀接受限制器输出的限制信号，通过变更阀的开度来达到限制流量的目的。限制阀有执行机构和调整机构两部分组成。执行机构是依据可能稚气的限制信号产生推力或位移的装置，调整机构是依据执行机构的输出信号去变更能量或物料输送量的装置。限制阀按其能源形式可分为气动、电动、液动三大类。液动限制阀推力最大，但比较笨重，目前已经极少运用。电动限制阀的能源取用便利，信号传递快速，但结构困难、防爆性能差。气动限制阀采纳压缩空气作为能源，其特点是简洁、动作牢靠、平稳、输出推力较大、修理便利、防火防爆而且价格较低，因此得到广泛应用。气动限制阀可以便利的与电动仪表配套运用，即使是采纳电动仪表或计算机限制时，只要经过电—气转换阀门定位器将电信号转换为20—100kPa的标准气压信号仍可采纳气动限制阀。调整阀基型产品即一般产品按基型结构特征分为几大类产品，它们是：直通单座阀、直通双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀、偏心旋转阀，其中前6种为直行程调整阀，后3种为角行程调整阀，选择购买限制阀时，必需首先弄清晰基型产品的特点、运用留意事项、各类变型产品、改进产品。直通单座调整阀该阀具有泄漏小、许用压差小、流路困难、结构简洁的特点，适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格的阀（如DN15、20、25）亦可用于压差较大的场合，是应用最广泛的阀之一。（2）直通双座调整阀与单座阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，是应用最为广泛的阀之一。套筒阀套筒阀具有单密封、双密封两种结构，前者相当于单座阀，后者相当于双座阀，适用于双座阀场合，除此之外，套筒阀还具有稳定性好、装卸便利的特点，但价格比单双座阀贵50%~200%，还须要特地的缠绕密封垫。是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀。角形阀节流型式相当于单座阀，但阀体流路简洁，适用于泄漏要求小、压差不大的不干净介质场合以及要求直角配管的场合。三通阀具有3个通道，可代替两个直通单座阀用于分流和合流及两相流温度差成≤150℃的场合，当DN<80mm，仪表工程应用的设计工作。隔膜阀隔膜阀流路简洁，隔膜具有肯定的耐蚀性能，适用于不干净介质和弱腐蚀性介质的两位切断场合。蝶阀相当于取一段直管来做阀体，且阀体又相当于阀座，自洁性能好、体积小、重量轻，适用于不干净介质和大口径、大流量、低压差的场合。当DN>300mm时，通常采纳蝶阀。球阀“O"形球阀全开时为无阻调整，自洁性能最佳，适用于特殊不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V"形球阀具有近似等百分比的调整特性，适用于不干净、含纤维介质可调比较大的调整场合。球阀价格较贵。偏心旋转阀该阀介于蝶阀和球阀之间，自洁性能好，调整性能好，亦可切断，适用于不干净介质和泄漏要求小的调整场合，但该阀价格较贵。2.2.3液位变送器的选择测量变送环节的作用是将工业生产过程中的参数经过检测、变送单元转换成标准信号。在模拟仪表中，标准信号通常采纳4—20mADC、1—5VDC、0—10mADC的电流（电压）信号，或20—100kPa的气压信号；在现场总线仪表中，标准信号是数字信号。下面是生产过程中常用的液位变送器。（1）浮球式液位变送器浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变更的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内爱护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够牢靠地爱护电源并使二次仪表不被损坏。浮简式液位变送器浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是依据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。静压或液位变送器该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最终以4～20mA或0～10mA电流方式输出。电容式物位变送器电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和限制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变更而变更。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采纳脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对四周元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。（5）超声波变送器超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种干脆输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位的测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。2.3单容水箱限制系统建模2.3.1液位的限制实现除模拟PID调整器外，可以采纳计算机PID算法限制。首先由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过单片机进行A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中；最终，在计算机中，依据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值传送到单片机中，由单片机将数字信号转换成模拟信号。最终，由单片机的输出模拟信号限制沟通变频器，进而限制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动限制。2.3.2被控对象本设计探讨的是单容水箱的液位限制问题。为了能更好的选取限制方法和参数，有必要知道被控对象—上水箱的结构和特性。水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。这样，当水箱水位上升时，其出水量也在不断增大。所以，若阀2V开度适当，在不溢出的状况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将渐渐变慢，最终达到平衡。由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。2.3.3水箱建模单容水箱系统的传递方框图如下在任何时刻水位的变更均满意物料平衡方程(2-2)(2-1)(2-2)(2-1)其中(2-3)(2-3)(2-4)(2-4)F为水槽的横截面积，F=1000cm2；为确定于阀门特性的系数，可以假定它是常数；是与负载阀的开度有关的系数，在固定不变的开度下，可视为常数，R=0.03s/cm2；为调整阀开度，限制水流入量，由限制器LC限制；Kv为阀门静态增益，即当系统达到稳定时，阀门的增益，由于阀门为气关式，所以Kv为“—”，即，可将阀门看成一个静态增益为的一阶惯性环节；液位变送器静态增益Km为仪表的输出范围/仪表的输入范围，假设液位变送器为线性仪表，则其可看成是一增益为的比例环节；为扰动，其值可依据详细状况而定。假设扰动为常值，在起始的稳定平衡工况下，平衡方程式（2-1）变为(2-5(2-5)式（2-5）减式（2-1）得(2-6(2-6)式（2-6）就是动态平衡方程式（1-1）的增量形式。考虑水位只在其稳态值旁边的小范围内变更，故可得以下近似(2-7(2-7)于是式（2-6）可化为(2-8)(2-8)假如各变量都以自己的稳态值为起算点，则可去掉上市中的增量符号，得(2-9(2-9)Laplace变换得：(2-10(2-10)假设液位的初始值为，代入数据得单容水箱系统的数学模型(2-11(2-11)被控对象传递函数为(2-12(2-12)假设调整阀为一阶惯性环节，于是得单容水箱系统的传递函数方框图第3章PID限制简介及整定3.1液面限制系统的PID算法数字PID限制是在试验探讨和生产过程中采纳最普遍的一种限制方法，在液位限制系统中也有着极其重要的限制作用。本章主要介绍PID限制的基本原理，液位限制系统中用到的数字PID限制算法及其详细应用。3.1.1PID限制原理一般，在限制系统中，限制器最常用的限制规律是PID限制。常规PID限制系统原理框图如下图所示。系统由模拟PID限制器和被控对象组成。积分积分比例微分被控对象+++u(t)e(t)r(t)+-c(t)PID限制器是一种线性限制器，它是依据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成限制偏差(3-1)将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合可以构成限制量，对被控对象进行限制，故称PID限制器。它的限制规律为(3-2)写成传递函数形式为(3-3)式中——比例系数；——积分时间常数；——微分时间常数；从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑，PID限制器各校正环节的作用如下：比例环节比例电路用于加快系统的响应速度，提高系统的调整精度。越大，系统的响应速度越快，系统的调整精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。取值过小，则会降低调整精度，使响应速度缓慢，从而延长调整时间，使系统静态、动态特性变坏。积分环节积分电路主要用来消退系统的稳态误差。越小，系统的静态误差消退越快，但过小，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若过大，将使系统静态误差难以消退，影响系统的调整精度。微分环节能改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变更，对偏差变更进行提前预报。但过大，会使响应过程提前制动，从而延长调整时间，而且会降低系统的抗干扰性能。3.1.2位置型算法系统中的电动调整阀的调整动作是连续的，任何输出限制量M都对应于调整阀的位置。数字PID限制器的输出限制量M(n)也和阀门位置对应，即是位置型算式。数字PID限制器的输出限制量M(n)送给D/A转换器，他首先将M(n)保存起来，再把M(n)转换成模拟量（4~20mADC）,然后作用于执行机构，直到下一个限制时刻到来为止，因此D/A转换器具有零阶保持器的功能。3.1.3增量型算法第(n-1)时刻限制量M(n-1),即将式(3.4)减式(3.5)得n时刻限制量的增量为其中KC：比例增益，KI：积分系数，KD：微分系数式中的∆M(n)对应于第n时刻阀门位置的增量，故称此式为增量型算式。因此第n时刻的实际限制量为其中M（n-1）为第（n-1）时刻的限制量。计算∆M(n)和M(n)要用到第(n-1)，(n-2)时刻的历史数据e(n-1),e(n-2)和M(n-1),这三个历史数据也已在前时刻存于内存储器中。采纳平移法保存这些数据。采纳增量型算式计算M(n)的优点是：编程简洁，历史数据可以递推运用，占用存储单元少，运算速度快。3.2系统PID限制特点事实表明，对于PID这样简洁的限制器，能够适用于广泛的工业与民用对象，并仍以很高的性价比在市场中占据着重要地位，充分地反映了PID限制器的良好品质。概括地讲，PID限制的优点主要体现在以下两个方面：(1)原理简洁、结构简明、实现便利，是一种能够满意大多实际须要的基本限制器。(2)限制器适用于多种不同的对象，算法在结构上具有较强鲁棒性。准确地说，在很多状况下其限制品质对被控对象的结构或参数振动不敏感。但从另一方面来讲，限制算法的普适性也反映了PID限制器在限制品质上的局限性。详细分析，其局限性主要来自以下几个方面：(1)算法结构的简洁性确定了PID限制比较适用于SISO最小相位系统，在处理大时滞、开环不稳定过程等难控对象时，须要通过多个PID限制器或与其他限制器的组合，才能得到较好的限制效果。(2)算法结构的简洁性同时确定了PID限制只能确定闭环系统的少数主要极点；闭环特性从根本上只是基于动态特性的低阶近似假定的。(3)出于同样的缘由，确定了单一PID限制器无法同时满意对假定设定值限制和伺服/跟踪限制的不同性能要求。3.3系统PID参数整定方法自Ziegler和Nichols提出PID参数整定力一法起，随着各种技术和理论的发展PID参数整定的方法越来越多。传统整定方法（1）Ziegler-Nichols阅历公式(Z-N公式法)。该方法先求取系统的开环阶跃响应曲线，依据对象的纯拖延时间、时间常数和放大系数，按Ziegler-Nichols阅历公式计算PID参数。此方法简洁易行，但参数须要进一步调整，一般用于手工计算和设置限制器初值。（2）稳定边界法(临界比例度法)。该方法须要做稳定边界试验，在闭环系统中限制器只用比例作用，给定值作阶跃扰动，从较大的比例带起先，渐渐减小，直至被控对象现临界振荡为止，登记临界振荡周期和临界比例带。然后依据阅历公式确定PID参数。由于不易使系统发生稳定的临界振荡或不允许系统离线进行参数整定，临界参数的获得通常用Astrom和Hagglund提出的继电反馈法。它既能保证明现稳定闭环振荡，又不需离线进行，是获得过程临界信息的最简便方法之一。对一阶惯性加纯时延的对象，时间常数T较大时，整定费时；对干扰多且常见的系统，要求振荡幅值足够大。（3）衰减曲线法。该方法与临界比例度法类似，在闭环系统中限制器只用比例作用，给定值作阶跃扰动，从较大的比例带起先，渐渐减小，直至被控量出现4:1的衰减过程为止，登记此时比例带以及相邻波峰之间的时间。然后依据阅历公式确定PID参数[6]。传统的PID参数整定主要是一些手动整定方法，阶跃响应是其整定PID参数的主要依据。这种方法仅依据系统的动态响应来整定限制器的参数，具有物理意义明确的优点，可以以较少的试验工作量和简便的计算，得出限制器参数，因而在生产现场得到广泛应用。事实上，因其简洁好用，在目前的很多企业中，传统的PID参数整定方法仍在大量应用，尤其是在单回路系统中。但运用该方法得到的限制器参数比较粗糙，限制效果只能满意一般要求，参数的优化远远不够；同时，对于一些系统，由于限制对象的困难性、变更性，难以运用传统方法进行整定。1984年，闻名瑞典自动限制学者Astrom提出了继电器振荡PID参数自动整定技术，在继电反馈下观测被控过程的极限环振荡，对过程施加周期性方波，依据极限环的特征确定过程的基本性质，经简洁计算即可得出动态过程数学模型的有用信息：临界振荡周期Tu和临界增益Ku另外由Tu还可得到采样周期的估计值，再利用Z-N阅历公式或其它阅历公式即可计算出PID的参数。从根本上说，这仍旧是依据过程响应来整定参数，是传统整定方法的持续，得到的结果仍旧是比较粗糙的，只能满意肯定性能指标。单容水箱液面限制仿真4.1被控对象的仿真模型单回路限制系统结构简洁、投资少、技术成熟、操作维护也比较便利，在生产过程限制中得到广泛应用。为了设计好一个单回路限制系统，并使限制系统的动态和静态性能指标均达到要求值，就必需很好地了解详细的生产工艺；合理的选择被控参量和操纵变量；正确的选择限制阀的形式及其流量特性；正确的选择限制器的类型和限制器的参数等。4.2单容水箱液面限制仿真（1）、理论整定方法：广义被控对象为令，依据频率特性法整定限制器的参数得(3-3)以为参变量，和分别为横坐标和纵坐标，式(3-3)表示的限制器整定参数之间的关系可以画成等衰减曲线图。图中每条曲线代表某一规定的衰减率，等衰减曲线上的每一点的坐标代表限制器的一组整栋参数。选择一组合适的、、作为限制器的整定参数。图4-1（2）工程整定方法：如图4-1得，，得图4-2仿真曲线如下图4-2PID限制仿真曲线P=-1/0.004，I=-1/0.828，D=-0.276，Qd=0（3）、性能指标：扰动，图4-3得知同比例积分限制，比例积分微分限制对扰动的抑制作用很差，须要很长时间才能消退偏差，因此加大积分的作用