根据ADAM4000控制系统的A3000高级复杂实验培训

.基于ADAM4000控制系统的A3000高级复杂实验培训(版本1.0)用户文件编号：A3000DH033北京华晟高科教学仪器有限公司编制.前言《基于ADAM4000控制系统的A3000高级复杂实验培训》是根据A3000过程控制实验系统的相关内容编写的，包括了如下内容：谢谢阅读1、计算机一般控制实验。2、复杂控制实验。3、高等控制实验。为了更容易理解算法本身，所以选择最简单的控制系统ADAM4000，算法在组态软件中实现。同时所有程序都可以在仿真系统上验证。参考公司产品A3000SIMU相关文件。精品文档放心下载除了复杂控制实验之外，其他实验的对象操作过程比较简单，所以不介绍操作步骤。精品文档放心下载本培训书缺点和错误在所难免，敬请各位专家、院校师生和广大读者批评指正。精品文档放心下载申明：本培训书内容只适合华晟高科A3000教学实验。范例和文档内容只用于提供信息，对本书不承担任何保证。精品文档放心下载北京华晟高科教学仪器有限公司二零零八年二月.目录第一章计算机控制一般性实验.........................................................................................................41.1数字程序控制实验................................................................................................................41.2数字滤波技术、标度变换、非线性校正实验.................................................................71.3数字PID控制实验................................................................................................................91.4BANG-BANG控制............................................................................................................131.5校正网络数字滤波器实现.................................................................................................16第二章复杂控制实验.......................................................................................................................202.1比值控制系统实验.............................................................................................................202.2串级控制实验......................................................................................................................242.3前馈-反馈控制系统实验...................................................................................................282.4经典解耦控制系统实验.....................................................................................................312.5联锁控制和超驰调节实验.................................................................................................372.6大延迟的Smith预估补偿控制.......................................................................................42第三章高等控制系统实验...............................................................................................................493.1自适应控制..........................................................................................................................493.2专家系统..............................................................................................................................503.3模糊控制..............................................................................................................................533.4神经网络..............................................................................................................................593.5推理控制..............................................................................................................................65.第一章计算机控制一般性实验为了方便控制，所以计算机控制一般性实验和复杂控制将在ADAM4000上实现。精品文档放心下载1.1数字程序控制实验1.1.1工艺过程描述模拟一个纯净水处理过程。水在经过反渗透之前，两个水泵向精滤膜供水。感谢阅读由于水中杂质比较多，在一定时间后，精滤膜的透过流量变小。48小时之后，精滤膜需要进行反冲洗。但是向反渗透供水的工作不能停止。一般采用如下数字谢谢阅读程序控制。我们模拟这个过程，但是时间大大缩短。时间2.4分=144秒1.2分=72秒1.2分==72秒A泵流量1立方/小时，33%0.5立方/小时，停止，进行反冲洗16.5%B泵流量停止，进行反冲洗0.5立方/小时1立方/小时控制流程图如图1.1.1所示。.图1.1.1 程序控制流量流程图1.1.2算法实现和关键操作步骤采用PID控制。两个PID，但是程序控制其给定值。界面如图所示。感谢阅读程序代码如下：.//1000毫秒执行一次。中间变量1=中间变量1+1;if(中间变量1>400)中间变量1=0;//输入PID0_PV=AI0;PID1_PV=AI1;if(PID0_SP==0)AO0=0;elseAO0=PID0_MV;if(PID1_SP==0)AO1=0;elseAO1=PID1_MV;if(中间变量1>=0&&中间变量1<=100)感谢阅读{PID0_SP=33;PID1_SP=0;}if(中间变量1>100&&中间变量1<=200)感谢阅读.{PID0_SP=16.5;PID1_SP=16.5;}if(中间变量1>300&&中间变量1<=400)感谢阅读{PID0_SP=0;PID1_SP=33;}注意开启两个水泵，两个流量控制。一支路使用调节阀，一支路使用变频器。感谢阅读1.1.3实验结果及记录控制曲线如图1.1.2所示。多个值的控制曲线绘制在同一个图上。谢谢阅读1.2数字滤波技术、标度变换、非线性校正实验1.2.1工艺过程描述数字滤波技术、标度变换、非线性校正实验就是单容下水箱液位控制，流程图如图1.2.1精品文档放心下载所示。.图1.2.1 数字滤波技术和非线性校正实验1.2.2算法实现和关键操作步骤由于液位具有波动，所以数据不是非常稳定，采用数字滤波技术采用，进行滤波。滤波感谢阅读算法：PV过滤=PV旧值*0.9+PV新值*0.1。由于ADAM4000内部已经有了滤波，所以效谢谢阅读果不如使用PCI1711好。标度变换，使用线性算法，把4-20毫安转换成0-25厘米。谢谢阅读非线性校正则考虑到水箱的出口流量和液位高度的开方成正比。所以采取开方算法，把感谢阅读输入的过程值直接校正，随输出流量成为线性。//工程量尺度变换floata;a=(AI0-4.0)*25.0/16.0;//数字滤波中间变量1=中间变量1*数字滤波加权系数+a*(1-数字滤波加权系数);谢谢阅读//同时对给定值和输入值校正给定值1=Sqrt(中间变量2);.测量值1=Sqrt(中间变量1);//输出AO0=操作值1;1.2.3实验结果及记录控制器控制曲线如图1.2.2所示。1.3数字PID控制实验1.3.1题目工艺过程描述单容下水箱液位PID控制流程图如图3.1.1所示。感谢阅读I图3.1.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制感谢阅读测点清单如表3.1.1所示。表3.1.1单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单精品文档放心下载.序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量电动调节阀A1FV-101阀位控制2～10VDC0～100％O压力变送器4～2LT-103下水箱液位AI2.5kPa20mADC1.3.2算法实现和关键操作步骤实验界面如图所示。PID运算可以采用标准的直接计算法和增量计算法。Pout(t)Kp*e(t)Ki*e(t)Kd*(e(t)e(t1))精品文档放心下载上次的计算值Pout(t1)Kp*e(t1)Ki*e(t1)Kd*(e(t1)e(t2))精品文档放心下载两次相减：Pout(t)Kp*(e(t)e(t1))Ki*e(t)Kd*(e(t)2*e(t1)e(t2))谢谢阅读.输出时加上上次输出就可以了。从公式可见，直接计算法很可能导致积分饱和，所以需要抗饱和的操作。精品文档放心下载定义ET0、ET1、ET2，要求变量可以负值和正值。例如定义到-100000到100000精品文档放心下载PID_KI,PID_KD在画面中每1秒执行一次。//数字PID控制。//关联到IO数据PID0_PV=AI0;if(PID_I==0)//避免除0PID_I=0.01;数字PID_KI=PID_P*1/PID_I;//1运算周期精品文档放心下载数字PID_KD=PID_P*PID_D/1;谢谢阅读数字PID_ET0=PID0_SP-PID0_PV;谢谢阅读If(\\本站点\数字PID算法选择==1)//'=1采用增量计算精品文档放心下载{//保留了上次\\本站点\操作值1PID0_MV=PID0_MV +PID_P*(数字PID_ET0-数字PID_ET1);//比例作用精品文档放心下载If(PID_I<10000) //积分作用{.PID0_MV=PID0_MV+数字PID_KI*数字PID_ET0;//积分作用谢谢阅读}PID0_MV=PID0_MV+数字PID_KD*(数字PID_ET0-2*数字PID_ET1+数字感谢阅读PID_ET2);//微分作用数字PID_ET2=数字PID_ET1;数字PID_ET1=数字PID_ET0;}ELSE//采用直接计算{//清除了\\本站点\操作值1PID0_MV=0;PID0_MV=PID0_MV+PID_P*数字PID_ET0;//比例作用精品文档放心下载IF(PID_I<10000)//积分作用有意义{\\本站点\数字PID_ISUM=\\本站点\数字PID_ISUM+数字PID_KI*数字感谢阅读PID_ET0;//积分作用IF(\\本站点\数字PID_ISUM>100)//抗积分饱和精品文档放心下载\\本站点\数字PID_ISUM=100;PID0_MV=PID0_MV+\\本站点\数字PID_ISUM;谢谢阅读}PID0_MV=PID0_MV+数字PID_KD*(数字PID_ET0-数字PID_ET1);//微分作用精品文档放心下载.}IF(PID0_MV>100)//输出限制PID0_MV=100;IF(PID0_MV<0)//输出限制PID0_MV=0;//关联到IO数据AO0=PID0_MV;1.3.3实验结果及记录控制器控制曲线如图2.2.3所示。1.4BANG-BANG控制该控制的复杂算法可以解决一些高等控制问题，但是我们将采用比较简单的算法，来验精品文档放心下载证这类控制的意义。1.4.1工艺过程描述如果要求单容下水箱液位PID控制的具有快速响应特性，并且在给定点位置还要准确谢谢阅读控制，那么如何控制呢。系统的工艺流程如图1.4.1所示。谢谢阅读.图1.4.1 单容下水箱液位调节阀BANG-BANG单回路控制精品文档放心下载1.4.2算法实现和关键操作步骤BANG-BANG控制最早由厐特里亚金提出，属于开关控制的非线性控制。谢谢阅读如果一个系统控制有以下要求；即控制要实时性好，系统要稳定，控制精度要求高。则谢谢阅读可以采用非线性的Bang-Bang控制和线性的PID控制结合，其控制效果比较好。感谢阅读如果采用线性的PID控制，虽然稳态精度容易满足，但是大偏差时就容易出现较大的精品文档放心下载偏差，而且过度的时间比较长，如果采用非线性的Bang-Bang控制，虽然能使过渡时间最谢谢阅读短，但是容易出现超调，而且在零点附近容易产生振荡造成系统不稳定。鉴于这种情况，设精品文档放心下载计了一种变结构的控制器是两者的优点有机的结合起来，从而使系统运行起来既快又稳。设感谢阅读计的变结构式的双模控制器如图3所示：.图3变结构式的双模控制回路结构图此结构控制就是使系统的结构可以在控制过程的各个瞬间，根据某些参数的状态以跃变感谢阅读的方式有目的的变化，从而将不同的结构揉和在一起，取得比固定结构系统更加完善的性能感谢阅读指标。据此，针对流浆箱的液位和总压控制，提出了一种将非线性的Bang-Bang控制与线感谢阅读性的控制结合的变结构双模控制方法。如图2所示：当设定值（SP）与检测值（PV）产生一个偏差，由识别机构通过不同的谢谢阅读偏差来选择不同的控制器，当偏差大于某个值的时候采用非线性Bang-Bang控制，当偏差精品文档放心下载小于某个值的时候系统自动切换到线性的PID控制。感谢阅读Bang-Bang控制器的设计Bang-Bang控制也称为开关式控制，对于较大的偏差，例如∣En∣≥a,控制量变化u取+Um或-Um，实行非线性开关控制模态，以提高系统的响应速度。其表达式如下：精品文档放心下载其中a为选择开关的切换值对于液位控制如果直接使用PID，就必须在快速性和稳定性之间进行抉择。精品文档放心下载但是如果实现了解了对象的特性，然后选择了合适的bang-bang控制结合PID，精品文档放心下载则可能有比较好的结果。我们这里的bang-bang控制选择比较简单的控制算法。首先测量液位和控感谢阅读制量在稳态情况的一个对应曲线。这在系统特性测量中已经获取，当然也可以依精品文档放心下载据闸板的高度不同，重新测量。例如SP下，控制量该是A稳定。那么：精品文档放心下载如果PV<SP-a，MV=A-U，如果PV>SP-a，MV=A+U，其他情况使用精品文档放心下载PID控制。最好在切换时增加跟随程序，保证切换时没有扰动。感谢阅读.选择合适的a,A，以便获得最好的效果。实验的组态界面如图所示。1.4.3实验结果及记录测量稳态液位对应的控制量如表所示。我们可以简化一下，在液位30-60感谢阅读之间使用直线表示。如果我们要控制液位60%，此时对应的控制量为43。那么如果PV<60-a，感谢阅读MV=43-U，如果PV>60-a，MV=43+U，其他情况使用PID控制感谢阅读1.5校正网络数字滤波器实现1.5.1工艺过程描述单容非线性上水箱液位PID控制流程图如图1.5.1所示。谢谢阅读.图1.5.1校正网络数字滤波实验流程1.5.2算法实现和关键操作步骤这里的算法和自适应不同，而是把一个非线性的系统通过校正网络，使得它成为线性特感谢阅读性。等截面积非线性 校正网络滤波特性截面积并且最好能够把液位高度继续校正为正比流量。把等截面积系统液位高度开方。精品文档放心下载液位控制，调节阀控制的是流量，那么液位变化率。如果输入流量为Q，则高度变化精品文档放心下载率具有如下特性：H(Qk*H)/R2(RH)2精品文档放心下载1.采用H对应到H)/1(1H/R)2来进行滤波。在H=R时的PI控制参数，获得精品文档放心下载一定的控制效果。注意开启时，需要让水进入上水箱。在组态软件中的具体算法如下：//工程量尺度变换//数字滤波，按照S=积分：K*sqrt(100h-h*h),精品文档放心下载//不考虑开方，积分h*h/2.0-h*h*h/300归一化谢谢阅读//中间值0作为给定值PID1_SP=中间值0;//仅仅用于显示PID0_PV=sqrt(AI0*AI0/2.0-AI0*AI0*AI0/300.0);精品文档放心下载PID0_SP=sqrt(中间值0*中间值0/2.0-中间值0*中间值0*中间值0/300.0);谢谢阅读//输出AO0=PID0_MV;控制界面如图所示。.1.5.3实验结果及记录使用普通PID进行实验，然后找到最好的控制参数，得到控制曲线。精品文档放心下载然后使用校正网络的方法进行控制。然后找到最好的控制参数，得到控制曲线。谢谢阅读要求在各自最好的情况下，使用校正网络的方法可以得到更好的控制效果。感谢阅读.第二章复杂控制实验2.1比值控制系统实验2.1.1测试题目描述流量比值控制系统控制流程图如图2.1.1所示。I I图2.1.1 流量比值控制流程图流量比值控制测点清单如表2.1.1所示。表2.1.1流量比值控制控制测点清单位号或代序号设备名称用途原始信号类型工程量号1#流量计4～1FT-101测量管路1流量AI0-3m3/h20mADC2#流量计4～2FT-102测量管路2流量AI0-3m3/h20mADC.变频器频率控制，手动控3U-1012～10VDCAO0～100％制1#流量4FV-101调节阀控制跟踪的流量2～10VDCAO0～100％水介质一路（简称为I路）由泵P101（变频器驱动，手动控制作为给定值）从水箱V104中加压获得压头，经电磁阀XV-101进入V103，水流量可通过变频器或者手阀QV-106来调节；另一路（简称为II路）由泵P102从水箱V104加压获得压头，经由调节阀FV-101、水箱V103、手阀QV-116回流至水箱V104形成水循环，通过调节阀FV-101调节此路的水流量；其中，I路水流量通过涡轮流量计FT-101测得，II路水流量通过电磁流量计FT-102测得。谢谢阅读2.1.2控制算法和编程这是一个单闭环流量比值控制系统，或者说是随动系统。可以让一个流量梗谢谢阅读跟随另一个流量的变化。有两个算法。（1）流量计FT-101流量与流量计FT-102成比例控制，如2.1.2所示，把谢谢阅读FT101乘以比值系数，然后作为调节器的给定值。SPPV调节器比值器FTMV102Q22#FT调节阀FV1011011#Q1图2.1.2 比值控制系统原理图被调量为调节阀开度，控制目标是水流量，通过两个流量不同比例下的比较，然后输出控制值到调节阀。实行PID控制，看控制效果，进行比较。谢谢阅读.这样方式下，由于FT101的测量不是非常稳定，所以调节器的给定值是有精品文档放心下载些变动的。控制稳定性可能不是很好，另外在实时曲线上可以直接看到稳定的曲精品文档放心下载线。（2）流量计FT-101流量与流量计FT-102成比例控制，如2.1.3所示，把感谢阅读FT101/FT102，然后作为调节器的测量值，而比值K作为调节器给定值。谢谢阅读比值KSPPV除法器调节器被除数FTMV1022#Q2FT调节阀FV1011011#Q1图2.1.3 比值控制系统原理图这样方式下，调节器的给定值是稳定的，控制稳定性较好，但是在实时曲线上可以显示精品文档放心下载K值，最好的范围是0.1-10（我们设置k的范围就是0-10，而曲线上刻度是0-100，所以谢谢阅读有些差异。2.1.3操作过程和调试1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。谢谢阅读.2、在现场系统上，打开手阀QV-102、QV-105，QV115，QV106，电磁阀XV101直接打开（面板上DOCOM接24V，XV101接GND）或打开QV111。感谢阅读3、在控制系统上，将支路1流量变送器（FT-101）输出连接到控制器AI1，将支路2流量变送器（FT-102）输出连接到控制器AI0，变频器控制端连接到AO0，调节阀FV-101控制端连接到AO1，且变频器手动控制。精品文档放心下载注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须按照已经接线的通道来编程。精品文档放心下载4、打开设备电源，包括调节阀电源，变频器电源，变频器设为外部信号操作模式。感谢阅读5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各精品文档放心下载项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动水泵P102。8、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数，这里不限制使用的方法。具体可以参考2.4节。感谢阅读建议：因为PID的SP值会有一定的波动，所以控制的稳定性稍差，有一些难度。注意控制目标是比值的稳定，而给定值也是比值。干扰可以是K值的改变，也可以是变频器控制量的改变（从而改变了FT-101）。谢谢阅读2.1.4实验结果及记录流量比值控制曲线如图1.1.4所示。比值系数3。P=24，I=2.5秒。感谢阅读.图1.1.4 流量比值控制曲线2.2串级控制实验2.2.1测试题目描述液位和进口流量串级控制流程图如图2.2.1所示。谢谢阅读手动给值I I两个支路并管图2.2.1 液位和进口流量串级控制流程图.液位和进口流量串级控制测点清单如表2.2.1所示。谢谢阅读表2.2.1液位和进口流量串级控制测点清单位号或代序号设备名称用途原始信号类型工程量号1#流量计4～1FT-101测量管路1流量AI0-3m3/h20mADCV103液位4～2LT-103测量液位AI0-2.5kPa变送器20mADC3FV-101调节阀控制流量2～10VDCAO0～100％4U101变频器固定给值0-10VDCA00-100%水介质一路（I路）由泵P101（变频）从水箱V104中加压获得压头，经流量计FT-101、电动阀FV-101、水箱V-103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV-116来调节；其中，水箱V103的液位由液位变送器LT-103测得，给水流量由流量计FT-101测得。本例为串级调节系统，调节阀FV-101为操纵变量，以FT-101为被控变量的流量控制系统作为副调节回路,其设定值来自主调节回路――以LT-103为被控变量的液位控制系统。精品文档放心下载FT-101为被控变量的流量控制系统作为副调节回路――流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。感谢阅读下水箱V103为主对象，流量FT-101的改变需要经过一定时间才能反应到液位，时间常数比较大，时延大。感谢阅读由上分析知：副调节器选纯比例控制，反作用，自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用，自动。精品文档放心下载实际上，串级控制相对于单PID控制而言，稳定性差，好处是在同样的副回路干扰下，超调非常小。感谢阅读.为了比较串级的这样好处，我们设计了如图2.2.1所示的工艺流程。首先进行单PID实验，然变频器输出35Hz。谢谢阅读然后找到最好的控制参数，一般P=1，I=20000毫秒，等系统稳定后，改变变频器输出为50Hz，然后不断记录系统的超调量和稳定时间。感谢阅读之后开始串级实验，同样设定变频器输出35Hz，系统稳定后，改变变频器输出为50Hz，然后不断记录系统的超调量和稳定时间。如果控制好，可以发现在同样的变频器干扰下，串级超调量远远少于单PID的超调量。谢谢阅读2.2.2控制算法和编程串级控制系统方框图如图2.2.2所示。副回路干扰主回路干扰给定值主调节副调节器调节阀下水箱LT103+XX流量计器LIC102FV101FT101液位--流量FT102下水箱液位LT103图2.2.2 液位流量串级控制系统框图以串级控制系统来控制下水箱液位，以第一支路流量为副对象，右边水泵直谢谢阅读接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提感谢阅读高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要感谢阅读求。下水箱为主对象，流量的改变需要经过一定时间才能反应到液位，时间常数谢谢阅读比较大，时延大。将主调节器的输出送到副调节器的给定，而副调节器的输出控精品文档放心下载.制执行器。由上分析副调节器选纯比例控制，反作用（要想流量大，则调节阀开感谢阅读度加大），自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用（要想液位高，感谢阅读则调节阀开度加大），自动。流量干扰通过变频器频率的变动来实现。变频器频率从40-50Hz变动。精品文档放心下载工业上串级的投入是逐步的，最好可以做到无扰切换，具体实现投入无扰的精品文档放心下载方法可以参考网络资料。这里不考虑这么复杂。2.2.3操作过程和调试1、首先完成单PID调节阀流量控制，获得变频器35Hz变动到50Hz的超调量和稳定时间。精品文档放心下载2、在现场系统上，打开手动调节阀QV-103、QV-115、QV-105，调节QV-116具有一定开度(闸板高度6毫米左右)，其余阀门关闭。感谢阅读3、在控制系统上，将流量计（FT-101）连到控制器AI1输入端，下水箱液位（LT-103）连到控制器AI0输入端，电动调节阀FV-101连到控制器AO0端。把变频器设置为面板操作。感谢阅读4、打开设备电源，包括变频器电源。5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各感谢阅读项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动变频器到40-50Hz，系统开始运行。8、首先将主调节器置手动状态，调整其输出为某个输出值，将它作为副调精品文档放心下载节器的SP值。9、在上述状态下，整定副调节器的P参数。要求可以稳定，而且比较快。感谢阅读10、预置主调节器的P、I参数（不要设置的太大），再将主调节器切换到精品文档放心下载自动状态。11、依据记录曲线，调整主调节器的P、I参数、副调节器的P参数，一般是副调节器较大，主调节器较小。谢谢阅读.副调节器：一般纯比例(P)控制，反作用，自动，KC2(副回路的开环增益)感谢阅读较大。主调节器：比例积分(PI)控制，反作用，自动，KC1〈KC2(KC1主回路开精品文档放心下载环增益)。12、待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加扰动信号，扰谢谢阅读动的大小与单回路时相同。就是把变频器从40变动到50Hz。感谢阅读13、通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具有较满意的动感谢阅读态响应和较高的静态精度。14、使用单回路进行液位控制，流程和串级一样。增加流量干扰，就是把精品文档放心下载变频器从40变动到50Hz。控制曲线进行对比，看效果如何。感谢阅读2.2.4实验结果及记录如果串级超调量远远少于单PID的超调量，则效果效果比较好了。谢谢阅读思考一下，如果干扰在主回路又如何?例如在单PID的情况下，把闸板从开谢谢阅读口11毫米突然变化到5毫米，看系统的超调量如何。在串级下进行同样的操作，谢谢阅读看系统的超调量如何。分析理论上这个超调量是否不同。2.3前馈-反馈控制系统实验2.3.1工艺过程描述前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数精品文档放心下载变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，谢谢阅读当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，感谢阅读使两者抵消。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环精品文档放心下载.控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。感谢阅读前馈-反馈控制的工艺和串级完全一样，这是一个让人迷惑的地方。实际的谢谢阅读好处可能就是体现在比例调节器（串级的副回路）和比值加法器（前馈）的控制谢谢阅读速度上。那么我们可以通过同样的工艺设计，验证单PID，串级控制，前馈-反馈控制感谢阅读的超调，以及控制时间，稳定时间，这样来比较它们的优缺点。精品文档放心下载流量-液位前馈反馈控制流程图如图2.3.1所示。精品文档放心下载手动给值I I两个支路并管图2.3.1 流量-液位前馈反馈控制流程图但是，要想获得加法器的加权系统，首先需要测量一个特性曲线，看多大的谢谢阅读值，使得系统干扰在正常的工作范围内，起到补偿的作用。所以前馈控制需要事先知道系统的某些特性的。这个曲线可以通过测量调节阀控制量和流量的关系曲线而获得。谢谢阅读2.3.2控制算法和编程如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在通过调整调节阀开度，直接进行补偿，而不需要经过调节器。精品文档放心下载.如果没有反馈，就是开环控制，那么这个控制就会有余差。增加反馈通道，精品文档放心下载使用PI进行控制。我们进行了部分简化。前馈控制和副回路的P控制不同，最好能够在控制前获得一个平衡干扰的谢谢阅读公式。例如如果知道流量在X下变动10，对应的调节阀开度变动Y。那么就可感谢阅读以直接补偿。被调量为调节阀，控制量是支路1流量，控制目标是下水箱液位。感谢阅读然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能感谢阅读修正的误差进行修正。2.3.3操作过程和调试1、首先进行单PID调节阀流量控制，然后进行串级控制。记录超调量、控制时间和稳定时间。感谢阅读2、在现场系统上，打开手动调节阀QV-103、QV-115、QV-105，调节QV-116具有一定开度(闸板高度6毫米左右)，其余阀门关闭。感谢阅读3、在控制系统上，将流量计（FT-101）连到控制器AI1输入端，下水箱液位（LT-103）连到控制器AI0输入端，电动调节阀FV-101连到控制器AO0端。把变频器设置为面板操作。谢谢阅读4、打开设备电源，包括变频器电源。5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各精品文档放心下载项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动变频器到35-50Hz，系统开始运行。在频率45Hz下，给定值50%，记录最后稳定的流量值，写到组态界面中。谢谢阅读8、如果没有测量得到K值，则从3开始设置，逐步减少。设置调节器到普通PID控制时的最佳值。感谢阅读9、依据记录曲线，调整调节器的P、I参数、K参数。10、待系统稳定后，类同于单回路控制和串级控制系统那样，对系统加扰感谢阅读动信号，扰动的大小与单回路和串级时相同。就是把变频器从40变动到50Hz。谢谢阅读.11、通过反复对调节器和K参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和感谢阅读较高的静态精度。12、使用单回路和串级进行液位控制，流程和串级一样。增加流量干扰，谢谢阅读就是把变频器从40变动到50Hz。控制曲线进行对比，看效果如何。精品文档放心下载2.3.4实验结果及记录如果前馈反馈的超调量远远少于单PID的超调量，而且控制时间比串级快，精品文档放心下载那么就符合理论分析了。液位-流量前馈反馈测试曲线如图1.1.6所示。K=3。感谢阅读图1.1.6 液位-流量前馈反馈测试曲线2.4经典解耦控制系统实验2.4.1工艺过程描述管道压力和流量解耦控制流程图如图2.4.1所示。精品文档放心下载.Pt100 Pt100I I解耦器两个支路并管图2.4.1 管道压力和流量解耦控制流程图管道压力和流量解耦控制测点清单如表2.4.1所示。谢谢阅读表2.4.1管道压力和流量解耦控制测点清单位号或代序号设备名称用途原始信号类型工程量号1FT-102涡轮流量计给水流量II4～20mADCAI0-3m3/h2PT-101压力变送器给水压力4～20mADCAI150kPa3FV-101电动调节阀阀位控制2～10VDCAO0～100％4U-101变频器频率控制2～10VDCAO0～100％水介质由泵P101（变频器U-101驱动）从水箱V104中加压获得压头，经手阀QV-103（用于两个支路连接）、流量计FT-101、压力传感器PT101、电动阀FV-101、水箱V103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环，水箱只作为一个连通器；其中，给水压力由压力变送器PT-101测得，给水流量由FT-101测得。本例为解耦调节系统，调节阀FV-101为被控变量压力PT-101的操纵变量，变频器U-101为被控变量流量FT-101的操纵变量，两条支路各感谢阅读.自的调节器的运算输出通过解耦器的函数解耦运算，分别去控制各自调节回路的谢谢阅读操纵变量。管道中流量、压力控制系统就是相互耦合的系统。变频器和调节阀都对系统感谢阅读的压力和流量造成影响，因此，当压力偏大而开大调节阀时，流量也将增加，如精品文档放心下载果此时通过流量控制器作用而调小变频器，结果又使管路的压力下降，变频器和精品文档放心下载调节阀互相影响，这是一个典型的关联系统。关联的系数与温度等参数无关。感谢阅读由于系统变频器调节I支路流量，调节阀调节II支路流量，为了实现解耦实谢谢阅读验，需要并联两个支路。并管之后还可以选择使用II支路的电磁流量计来进行流感谢阅读量测量。2.4.2控制算法和编程管道中流量、压力控制系统就是相互耦合的系统。变频器和调节阀都对系统的压力和流量造成影响。因此，当压力偏大而开大调节阀时，流量也将增加，此时通过流量控制器作用而调小变频器，结果又使管路的压力下降，变频器和调节阀互间互相影响，这是一个典型的关联系统。关联的系数与温度等参数无关。如图2.4.2所示：精品文档放心下载解耦器FIC PIC变频器 调节器 调节器FTPT102101P2水泵hP1调节阀图2.4.2 管道压力与流量解耦控制实验我们固定P1在小范围内，由于不涉及温度等问题，所以该过程基本上只与压力和开度有关，是时不变的。精品文档放心下载.如果把P1定义成未知数，则可以列出一个方程。使用对角矩阵法进行解耦算法。如图2.4.3所示。感谢阅读调节器解耦器对象系统r1给定值-Uc1D11U1G11Y1D12-G-12UD21-UG21-Y2r2给定值D22G-Gc2222图2.4.3 解耦控制系统框图在本测试题中，Gc1为流量-变频器的调节器，反作用；Gc2为压力-调节阀谢谢阅读的调节器，正作用。对于对象，被调量与调节量具有yYGGU111121YGGU221222

P关系，这里换一个变量符号。(公式1.2.1)加入控制系统，那么调节量来源于解耦器，调节器(可以是一个PID调节器，等等)输出就是解耦器输入。谢谢阅读UDDU(公式1.2.2)11112C1UDDUC222122对于采用了解耦器的系统传递函数为YGGDDU(公式1.2.3)111121112C1YGGDDUC2221222122综合上面的关系，如果G矩阵的逆存在，则我们可以设计D就等于它的逆谢谢阅读乘以一个对角阵(可以是单位矩阵)，这样可以使得一个被调节量仅与一个调节器精品文档放心下载输出量之间有关系，而与另一个独立。从而达到解耦目的。谢谢阅读根据我们实验测得P0=80，P2=5，P1设为未知数x。实际数值感谢阅读P0=150kPa*80%水柱，P2=150kPa*5%水柱。感谢阅读.那么增益矩阵为：(80-x)/75(x-5)/75(公式1.2.2)(x-5)/75(80-x)/75解耦矩阵：(80-x)/(85-2x)(5-x)/(85-2x)(公式1.2.5)(5-x)/(85-2x)(80-x)/(85-2x)注意压力与流量有一个限制关系。简单的，在变频器为35Hz，调节阀开度精品文档放心下载50%时，这个压力和流量将作为系统稳定时的给定值，然后在这个值附近变动。谢谢阅读不能变化太大，否则无法稳定。如果量程范围不一样，或者水泵特性改了，则整个矩阵不同。为了统一，设精品文档放心下载置如下：解耦矩阵：(80-x)/(85-2x)(5-x)/(85-2x)(公式1.2.5)(5-x)/(85-2x)(80-x)/(85-2x)2.4.3操作过程和调试1、编写单回路控制程序，下装调试；编写单回路测试组态工程。2、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进感谢阅读行联合调试。这些步骤不详细介绍。3、在现场系统上，打开手动调节阀QV-115、QV-103，QV-105，打开QV-116闸板，其余阀门关闭。感谢阅读注意一定关闭阀门QV-102，QV-114，QV-111，XV102。4、按照连接表接线：将水泵出口压力PT-101连接到AI0；流量计FT-101谢谢阅读输出到AI1；AO0连接到变频器，AO1连接到电动调节阀。谢谢阅读5、打开测试系统电源，调节阀通电，变频器通电。6、可以让调节阀全开，事先进行简单Pi控制，做流量计-变频器调节回路精品文档放心下载单独工作，确定PI控制参数。7、可以让变频器全开，事先进行简单Pi控制，压力变送器-调节阀调节回路单独工作，确定PI控制参数。谢谢阅读8、引入解耦控制。重新下装程序，重新运行组态软件。一般对调节器直接使用单PID的控制参数，可以适当把比例系数减少，加大积分时间。精品文档放心下载.9、在两个调节器手动的情况下，设置变频器35Hz，调节阀开度50%，然谢谢阅读后等待系统稳定，记录稳定后的压力和流量。10、把记录下来的压力和流量作为系统的给定值写入。然后把调节器从手精品文档放心下载动改为自动。等待系统稳定。11、稍微调节给定值，例如压力增大一些。注意一定在一个合理的变动范精品文档放心下载围，否则系统是无法稳定的。2.4.4实验结果及记录如果系统在新的给定值下最终达到稳定，那么系统就是稳定的。当然我们发谢谢阅读现除非压力很高，或者压力很小，否则整个系统很容易稳定的。感谢阅读范例控制曲线如图1.2.5所示。流量给定值15%（0.45立方/小时），压力感谢阅读86.5%（130KPa）。图1.2.5 解耦控制曲线.2.5联锁控制和超驰调节实验2.5.1工艺过程描述水介质一路（I路）由泵P101（变频）从水箱V104中加压获得压头，经由散热器X-102II谢谢阅读进入锅筒E101，通过手阀QV-114至泵P101（变频）而形成热水循环；另一路（II路）谢谢阅读由泵P102（工频）从水箱V104加压获得压头，经由散热器X-102II、手阀QV-113回流感谢阅读至水箱V104而形成冷水循环；I路循环水量可由手阀QV-114来调整，II路水的开启、切感谢阅读断可由电磁阀XV-102来控制。锅炉液位的极限状态可由液位开关LSH-106、LSL-105来感谢阅读产生，锅炉温度由热电阻TE-101来测得，并经控制器判断发出锅筒E101温度高、高高等精品文档放心下载状态信号。这四个信号作为联锁控制的数字量信号，保证锅筒在故障状态下，不超过其能承谢谢阅读受的极限。逻辑联锁的紧急保护和紧急停车工艺流程图如图2.5.1所示。感谢阅读.输入逻辑功能输出位号用途触点类型位号设备名称用途LSL-105NCANDLSKM调压模块接触器电源通断NCNCTH-101 NC

RS XV-101电磁阀 进水通断HL 报警2.5.1联锁控制系统流程图联锁控制测点清单如表2.5.1所示：2.5.1联锁控制测点清单位号或代序号设备名称用途信号类型工程量号1TE-101热电阻锅筒水温Pt100AI0－100℃2LSL-105液位开关锅筒液位极低联锁干接点DINCLSH-10液位开关3锅筒液位极高联锁干接点DINC64XV-102电磁阀给水紧急冷却干接点DONC5GZ101加热调压器4-20毫安AO.6 U101 变频器 4-20毫安 AO现场系统的锅炉系统具有三级逻辑保护：继电器保护、紧急保护、紧急停车。（1）其中液位开关LSL-105是防止干烧的，实际控制电路是继电器硬件电路，当液位低于防止干烧的最低液位，则自动断开其它控制支路的输入，从而直精品文档放心下载接关断调压器，以防止干烧。液位开关LSL-105控制的联锁属于硬件连锁，是不能让学生修改的，以避免损坏加热器。精品文档放心下载（2）由锅炉温度传感器、温度控制器，电磁阀XV102组成的控制联锁系统是学生可以自己修改的。测试目标是控制锅炉的温度。精品文档放心下载（2）由液位开关LSH-106、锅炉温度传感器、温度控制器组成的紧急停车系统是学生可以自己修改的。测试目标是控制锅炉的温度。感谢阅读2.5.2控制算法和编程典型应用的范例如图2.2.2所示。温度紧急停车高限温度继电器保护，电磁阀开关控制，联锁警戒温度程序无法控制紧急停PID控制车液位低限 高限图2.2.2 温度曲线（1）液位低限导致加热系统完全停止。（2）当锅炉内水温低于警戒温度，调压器PID调节。谢谢阅读.（3），温度超过警戒温度，则选择另外一个控制方式：加热器继续PID控制，开始注入冷水。直到温度下降到安全位置。在这个温度下，联锁保护系统认为通过强制手段，可以保持继续生产。感谢阅读（4）锅炉内水温继续升高，到达高限温度，则系统停止运行，关闭电磁阀，感谢阅读关闭加热器。变频器继续运行，保持水循环1分钟，然后停止。谢谢阅读（5）如果液位超过高限，则也紧急停车。关闭电磁阀，关闭加热器。变频器继续运行，保持水循环1分钟，然后停止。谢谢阅读程序代码如下，每1000毫秒运行一次。if(高限<PID0_SP+1)高限=PID0_SP+1;if(停车温度<高限+1)停车温度=高限+1;PID0_PV=PID0_PV*0.9+AI0*0.1;感谢阅读AO0=PID0_MV;//暂时的，可能下面的条件满足会改写这里。//低限制液位已经固定给继电器保护，程序无法控制。if(bit(DI0,1)==0)//到达LS12，加热紧急停止，停止注水，泵1分钟精品文档放心下载停止{//注意是0有效AO0=0;BITSET(DO0,1,0);//停止注水泵停车标记位=1;}//液位处于高限以下（低限继电器保护），正常，看温度感谢阅读if(bit(DI0,1)==1){if(AI0>高限+0.5&&AI0<停车温度-0.5)//温度到高限感谢阅读BITSET(DO0,1,1);//注水if(AI0<高限-0.5&&AI0<停车温度-0.5)//温度到高限精品文档放心下载BITSET(DO0,1,0);//停止注水.if(AI0>停车温度+0.5)//温度到停车温度，停止加热，停止注水精品文档放心下载{AO0=0;BITSET(DO0,1,0);//停止注水泵停车标记位=1;//泵1分钟停止}}IF(泵停车标记位==1&&紧急停车计时器==-1)//刚刚出现要求水泵运行1分钟标记精品文档放心下载{紧急停车计时器=60;//开始对水泵运行定时器泵停车标记位=0;//恢复水泵运行1分钟标记，避免重复感谢阅读}if(紧急停车计时器>0)//如果超过1，变频器运行精品文档放心下载{AO1=60;紧急停车计时器=紧急停车计时器-1;//不断减1}IF(紧急停车计时器==0)//达到1，则停止水泵谢谢阅读AO1=0;IF(紧急停车计时器==-1)//开始时=0，变频器运行，保证水循环，精品文档放心下载这个只在系统刚进入有效AO1=60;2.5.3操作过程和调试1、编写单回路控制程序，下装调试；编写单回路测试组态工程。谢谢阅读2、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进感谢阅读行联合调试。这些步骤不详细介绍。.3、在现场系统上，打开手动调节阀QV-115、QV-111，QV-112，打开QV-102，XV102，其余阀门关闭。感谢阅读4、按照连接表接线：将锅炉温度LT-101连接到AI0；AO0连接到加热调压器，AO1连接电动调节阀手动模式控制；变频器面板操作。DO0连接电磁阀XV102。谢谢阅读5、打开测试系统电源，调节阀通电，变频器通电。6、变频器全开，热水循环。7、确定加热的PI控制参数。8、正常控制温度，稳定后抓图。然后手动控制调节器，加大控制量，模拟故障状态，使得锅炉温度不断升高，察看控制，直到紧急停车完成为止。感谢阅读2.5.4实验结果及记录范例控制曲线如图2.5.2所示。2.6大延迟的Smith预估补偿控制采用Smith预估补偿控制，然后和PI控制，PID控制进行比较。由于稳定的大延迟滞感谢阅读后控制比较困难，所以我们选择双容传输延迟来实验。2.6.1工艺过程描述双容滞后下水箱液位控制流程图如图2.6.1所示。感谢阅读.I图2.6.1 竖直双容液位调节阀PID单回路控制谢谢阅读其控制系统框图如图2.6.2所示：干扰D(S)R(S)+GC(S)控制器U(S)Kpgp(s)eY(S)-TdS-Kpgp(s)纯滞后e-TdS+Y’(S)Ksgs(s)图4.14.2史密特补偿系统方框图.系统的对象传递函数为：Y(s)U(s)Kpgp(s)eds，精品文档放心下载为使调节器的采集信号Y’(s)不会延迟，则并联一个补偿器，如图中虚谢谢阅读d线部分，具有传递函数KgKg(s)(1eds)。sspp使得调节品质与没有纯延迟一样，只是时间坐标比设定值延迟了。感谢阅读d2.6.2控制算法和编程在单回路控制系统中，D(s)表示调节器的传递函数，用于校正GP(s)部分；表示被控对象的传递函数，GP(s)为被控对象中不包含纯滞后部分的传谢谢阅读递函数， 为被控对象纯滞后部分的传递函数。τ为纯滞后时间。精品文档放心下载图2.6.3带纯滞后环节的控制系统史密斯预估控制原理是：与D(s)并接一补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节称为史密斯预估补偿器，其传递函数为谢谢阅读补偿后的系统框图如图2.6.4所示。2.6.4史密斯预估补偿回路图由史密斯预估器和调节器D(s)组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，其传递谢谢阅读函数为:.系统中的滞后环节使信号延迟，为此，在内存中专门设定N个单元作为存谢谢阅读放信号m(k)的历史数据。存储单元的个数 ，式中T为采样周期。感谢阅读每采样一次，把m(k)记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，1单元原来存放数据移到2单元，依次类推。从单元N输出的信号，就是滞后谢谢阅读个采样周期的M（K-N）信号。史密斯预估器的输出可按图6的顺序计算。精品文档放心下载图2.6.5史密斯预估器方框u(k)是PID控制器的输出，是史密斯预估器的输入。从图中可知，必须先计精品文档放心下载算传递函数的输出后，才能计算预估器的输出：。工业对象可近似用一阶惯性和纯滞后环节的串联来表示：精品文档放心下载式中：Kf为被控对象的放大系数；Tf为被控对象的时间常数；τ为纯滞后时间。预估器的传递函数为：精品文档放心下载纯滞后补偿控制算法步骤①计算反馈回路的偏差e1(k)e1(k)=r(k)-y(k)②计算纯滞后补偿器的输出yτ(k)化成微分方程式，则可写成：相应的差分方程为：.式中： ， ，上式称为史密斯预估控制算式。③计算偏差e2(k)e2(k)=e1(k)-yτ(k)④计算控制器的输出u(k)u(k)=△u(k)+u(k-1)具体的算法如下，由于组态软件无法定义数组，所以我们把采样时间设定为精品文档放心下载秒，一边尽量减少记录的数据。显示时：补偿控制a=Exp(0-2/150);补偿控制b=4.34*(1-补偿控制a);运行时，1秒运行一次：谢谢阅读//2秒控制G(S)=4.34/(150S+1)，延迟时间40秒，采样时间2秒。谢谢阅读补偿器输出0=补偿控制a*补偿器输出1+补偿控制b*(Smith0-Smith20);//送到PID的过程值感谢阅读PID0_PV=AI0+补偿器输出0;//移动补偿器输出1=补偿器输出0;Smith20=Smith19;Smith19=Smith18;Smith18=Smith17;Smith17=Smith16;Smith16=Smith15;Smith15=Smith14;Smith14=Smith13;Smith13=Smith12;Smith12=Smith11;Smith11=Smith10;Smith10=Smith9;谢谢阅读.Smith9=Smith8;Smith8=Smith7;Smith7=Smith6;Smith6=Smith5;Smith5=Smith4;Smith4=Smith3;Smith3=Smith2;Smith2=Smith1;Smith1=Smith0;Smith0=PID0_MV;//控制器//送到外部AO0=PID0_MV;增加了一个PID调节器。2.6.3操作过程和调试阀门和其他步骤类似于双容控制。这里不详细介绍。1、测量特性时间。上闸板7毫米开度，下闸板10毫米开度。调节阀控制感谢阅读量30%，等待系统稳定。2、调节阀控制量变动到40%，等待系统稳定。结果如图所示。感谢阅读3、根据特性测量得到：增益K=2.34。系统时间常数150秒。感谢阅读传递函数G(S)=2.34/(150S+1)，延迟时间40秒。感谢阅读为了减少组态软件中的变量定义。我们采用T=2秒的采样时间。定义了d1-d20变量。精品文档放心下载2.6.4实验结果及记录首先要求算法可以控制稳定。对于双容系统来说，简单PID也可以控制稳定，只是积分时间比较长。如果采用补偿精品文档放心下载控制，就看系统的超调量和稳定时间是否改善。..第三章高等控制系统实验为了理解算法本身，所以实际控制的工艺非常简单，所以本章没有对操作过程进行详细描述。精品文档放心下载3.1自适应控制对非线性上水箱进行自适应控制，但是不采用网络校正非线性的方法。感谢阅读3.1.1工艺过程描述单容非线性上水箱液位PID控制流程图如图3.1.1所示。精品文档放心下载3.1.2算法实现按照响应曲线法PID控制器参数整定方法。可以在开环情况下，测试广义对象动态特性的控制器参数整定方法。本方法步骤如下：谢谢阅读.1．首先测取广义对象在阶跃输入下的响应曲线。2．在响应曲线的拐点处作切线，通过切线与初始值和新稳态值的交点，可精品文档放心下载以测得广义对象的时间常数TP和纯滞后时间τ。于是可以得到一阶惯性加纯滞后通道传递函数简化模型，表达了广义对象动态特性。精品文档放心下载我们采用PI控制，比例系数0.9TP，积分时间2.3τ。首先我们在圆筒中间位置小范围获得最适合的比例系数，积分时间。然后依据截面积对时间常数TP和纯滞后时间τ的影响获得自适应公式。精品文档放心下载简单一些：PID0_P=0.5;PID0_I=10;感谢阅读比例系数=K 1(1H/R)22积分时间基本不变，修改比例系数。temp=PID0_PV/50;自适应P=PID0_P*sqrt(2*temp-temp*temp);精品文档放心下载3.1.3运行结果非线性系统控制本身比较难，这里控制效果还可以。3.2专家系统在水处理过程中，砂滤反冲洗控制比较特殊，要求流量稳定在100升/小时。而超调量感谢阅读不能持续太长时间，否则沙子就被冲出去了。而100升/小时的流量非常少，在水泵转动频谢谢阅读率的启动频率之下。3.2.1工艺过程描述流量变频器控制流程图如图3.2.1所示。.图3.2.1 流量变频器PID单回路控制水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由涡轮流量计FT-101谢谢阅读及相应管路进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，给感谢阅读水流量由FT-101测得。本例为定值自动调节系统，变频器U-101转速为操纵变量，FT-101谢谢阅读为被控变量，采用PID调节来完成。3.2.2算法实现首先测量水泵的启动频率和截止频率。然后通过实验测试水泵容许变频器的最大下降速度。精品文档放心下载工作频率不稳定区截止频率 启动频率.周期性控制程序如下：PID0_PV=AI0;if(PID0_PV<0.5)//表示还没有启动PID0_SP=中间变量1*10.0;else{PID0_SP=PID0_SP-中间变量1*10/给定值下降时间;//10秒下降if(PID0_SP<中间变量1)感谢阅读PID0_SP=中间变量1;}if(PID0_MV>水泵启动最小控制量)PID0_MV=水泵启动最小控制量;AO0=PID0_MV;AO1=100;//用于调节阀全开控制界面如图所示。.3.2.3实验结果及记录要求系统水泵启动迅速，超调很大，但是时间比较短，系统很快回到稳定的控制点。精品文档放心下载3.3模糊控制模糊控制是模糊逻辑理论在控制工程中的应用。它的基本思想是用语言归纳操作人员的谢谢阅读控制策略(包括知识、经验和直觉等)，运用语言变量和模糊集合理论形成控制算法。精品文档放心下载它在一定的程度上模仿了人在操作控制过程中的思维和逻辑推理。模糊控制不需要建立谢谢阅读控制对象精确的数学模型，只要求把现场操作人员的经验和数据总结成较完善的语言控制规感谢阅读则，因此它能绕过对象的不确定性、不精确性、噪音以及非线性、时变性、时滞等影响。精品文档放心下载3.3.1工艺过程描述使用模糊控制单容非线性的上水箱液位，流程图如图3.3.1所示。精品文档放心下载.图3.3.1 单容上水箱液位控制3.3.2算法实现有关论域，元素，集合等概念请参考其他资料。例如《计算机智能监测控制系统的设计及应用》周德泽，袁南儿，应英著，清华大学出版社，2002年1月第一版。第31-40。感谢阅读这里的模糊控制设计如下：模糊化在实际工艺控制中，对控制过程起作用最大的是系统误差和误差变化率，用这两个量可精品文档放心下载较完整地表述系统的运行特性。选择它们作为控制输入。然后对输入模糊化。定义偏差8个模糊子集。{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}对应符号{NL，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PL}定义偏差变化率和输出7个模糊子集{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}感谢阅读对应符号{NL，NM，NS，O，PS，PM，PL}模糊推理使用如表所示的模糊控制规则来推理。控制输出 偏差E.NLNMNSNOPOPSPMPL偏NLPLPLPMPMPMPSOO差NMPLPLPMPMPMPSOO变NSPLPLPMPSPSONMNM化OPLPLPMOONMNLNL率PSPMPMONSNSNMNLNLPMOONSNMNMNMNLNLPLOONSNMNMNMNLNL去模糊化采用最大隶属度法，然后在离散论域和基本论域中，求取精确的控制量。感谢阅读我们的算法就是基于以上的控制器设计方法，由于组态软件没有太多的控制语句，所以谢谢阅读使用了很多ifthen语句来实现。把系统偏差分成8个区间，如下：通常，E模糊化后的模糊变量从属于此8个模糊子集，定义为；{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}，按照百分比分成如下部分：感谢阅读-100(NL)-75(NM)-50(NS),-25(NO)0(PO)25(PS)50(PM)75(PL)100。谢谢阅读变化率模糊化后{NL，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PL}-100(NL)-75(NM)-50(NS)-25(O)25(PS)50(PM)75(PL)100。输出按照百分比分成8个部分，使用矩形函数推算。精品文档放心下载NL NM NS O PS PM PL-7/8 -5/8 -3/8 0 3/8 5/8 7/8感谢阅读然后使用查表的方法，把表转换成程序如下：//算法开始，//选择输入误差和误差变化率作为输入。模糊度//-99,-66,-33,0,33,66,99.数字PID_ET0=PID0_PV-PID0_SP;//偏差精品文档放心下载数字PID_ET2=数字PID_ET0-数字PID_ET1;//变化率精品文档放心下载数字PID_ET1=数字PID_ET0;//保存上次的误差感谢阅读//开始输出模糊表查询//偏差-100(NL)-75(NM)-50(NS),-25(NO)0(P0)25(PS)50(PM)75(PL)100感谢阅读//偏差变化率论域-a,a，那么-a(NL)-3*a/4(NM)-a/2(NS)-a/4(O)a/4(PS)a/2(PM)*3a/4(PL)a感谢阅读//输出增量论域-b,b.那么-b(NL)-3b/4(NM)-b/2(NS)-b/4(NOPO)b/4(PS)b/2(PM)*3b/4(PL)b,选择中间值谢谢阅读//-7/8-5/8-3/803/85/87/8if(数字PID_ET0<=(0-偏差论域/2))//NL,NM相同谢谢阅读{if(数字PID_ET2<=偏差速率论域/4.0)//O谢谢阅读中间变量2=增量输出论域*7.0/8.0;if(数字PID_ET2>偏差速率论域/4.0&&数字PID_ET2<=偏差速率论域/2.0)谢谢阅读中间变量2=增量输出论域*5.0/8.0;if(数字PID_ET2>偏差速率论域/2.0)中间变量2=0;}if(数字PID_ET0>(0-偏差论域/2)&&数字PID_ET0<=(0-偏差论域/4))//NS感谢阅读{if(数字PID_ET2<=偏差速率论域/4.0)//PS精品文档放心下载中间变量2=增量输出论域*5.0/8.0;if(数字PID_ET2>偏差速率论域/4.0&&数字PID_ET2<=偏差速率论域/2.0)//O谢谢阅读中间变量2=0.0;if(数字PID_ET2>偏差速率论域/2.0)中间变量2=0-增量输出论域*3.0/8.0;}.if(数字PID_ET0>(0-偏差论域/4)&&数字PID_ET0<=偏差论域/4)//NOPO谢谢阅读{if(数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域/2.0))//NM精品文档放心下载中间变量2=增量输出论域*5.0/8.0;if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/2.0)&&数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域感谢阅读/4.0))//NS中间变量2=增量输出论域*3.0/8.0;if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/4.0)&&数字PID_ET2<=偏差速率论域/4.0)//O中间变量2=0.0;精品文档放心下载if(数字PID_ET2>偏差速率论域/4.0&&数字PID_ET2<=偏差速率论域/2.0)//PS精品文档放心下载中间变量2=0-增量输出论域*3.0/8.0;if(数字PID_ET2>偏差速率论域/2.0)中间变量2=0-增量输出论域*5.0/8.0;}if(数字PID_ET0>偏差论域/4&&数字PID_ET0<=偏差论域/2)//PS谢谢阅读{if(数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域/2.0))//NM精品文档放心下载中间变量2=增量输出论域*3.0/8.0;if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/2.0)&&数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域精品文档放心下载/4.0))//NS中间变量2=0.0;if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/4.0))谢谢阅读中间变量2=0-增量输出论域*5.0/8.0;}if(数字PID_ET0>偏差论域/2)//PMPL精品文档放心下载{if(数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域/2.0))//NM精品文档放心下载中间变量2=0.0;.if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/2.0)&&数字PID_ET2<=(0-偏差速率论域谢谢阅读/4.00))//NS中间变量2=0-增量输出论域*5.0/8.0;if(数字PID_ET2>(0-偏差速率论域/4.0))精品文档放心下载中间变量2=0-增量输出论域*7.0/8.0;}PID0_MV=PID0_MV+中间变量2;//输出AO0=PID0_MV;3.3.3实验结果及记录参考的控制曲线如图3.3.2所示。控制量类似于三角形变化，如果设置好论域，则可以精品文档放心下载获得比较好的控制效果。.3.4神经网络采用BP网络，使用神经网络PID控制。3.4.1工艺过程描述使用神经网络PID控制单容下水箱液位，流程图如图3.4.1所示。精品文档放心下载图3.4.1 单容下水箱液位神经网络pid控制谢谢阅读3.4.2算法实现神经网络控制或神经控制是指在控制系统中，应用神经网络技术，对难以精确建模的复谢谢阅读杂非线性对象进行神经网络模型辨识，或作为控制器，或进行优化计算，或进行推理，或进感谢阅读行故障诊断，或同时兼有上述多种功能，这样