專利名稱：基于pid控制器的雙容串級液位系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
液位是工業(yè)過程生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的控制參數(shù)之一，對所需的控制對象進(jìn)行精確的液位控制，關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，是保障生產(chǎn)效果和安全的重要問題。因而，液位的控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。控制理論經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論兩個發(fā)展階段，現(xiàn)在已進(jìn)入了非線性智能控制理論發(fā)展時期。從控制理論解決的問題而論，很多重大的、根本的問題，如可控性、可觀測性、穩(wěn)定性等，在傳統(tǒng)控制中都建立了比較完善的理論體系。應(yīng)用傳統(tǒng)控制理論基本能夠滿足工程技術(shù)及各種其它領(lǐng)域的需要。但是隨著工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個領(lǐng)域中自動控制系統(tǒng)對控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求也越來越高。自從上世紀(jì)80年代以來，電子計算機(jī)的快速更新?lián)Q代和計算技術(shù)的高速度發(fā)展，推動了控制理論研究的深入開展，并進(jìn)入了新的一段歷程。隨著控制理論的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的控制算法。但是，以PID為原理的各種控制器仍是過程控制中不可或缺的基本控制單元。至今，PID控制算法在世界范圍內(nèi)80%以上的工業(yè)過程中被采用，PID控制技術(shù)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，研究者提出了許多控制系統(tǒng)設(shè)計方法和參數(shù)調(diào)整理論。這是因?yàn)镻ID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好等特點(diǎn)，且PID算法原理簡明，參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整，為廣大控制工程師所熟悉。液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的系統(tǒng)，它在工業(yè)中的各個領(lǐng)域被廣泛的涉及至IJ。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對控制對象進(jìn)行液位控制，使液位高精度地保持在給定的數(shù)值，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對窯爐的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。還有在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是石油、化工以及冶金生產(chǎn)中也會經(jīng)常遇到液位控制問題。因此，對所需的控制對象進(jìn)行精確的液位控制，關(guān)系到控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是保障生產(chǎn)效果和安全的重要問題。I939 年，Taylor Instrument Company 和 Foxboro Instrument Company 制造出完全具有PID控制功能的氣動控制器。人們普遍認(rèn)為PID應(yīng)該被稱之為智能控制，因?yàn)樗腔谏a(chǎn)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)。發(fā)明者通過觀察認(rèn)為，控制器應(yīng)該象一個熟練的操作者那樣去控制，減少直至消除系統(tǒng)中出現(xiàn)的誤差。在當(dāng)時PID控制面臨的有三個主要問題:(I)尋找一種簡單方法，能夠計算PID控制器的三個調(diào)節(jié)參數(shù)。(2)判斷生產(chǎn)過程是否可控。(3)PID控制器的操作不依賴于復(fù)雜易損的機(jī)械元件。理論研究主要集中在前兩個問題，1942年，給予部分解決。第二個問題是系統(tǒng)的可控性。第三個問題由于工業(yè)革命的飛速發(fā)展，今天的PID控制器基本使用電子元件和微處理器，已經(jīng)給予近乎完美的解決。PID控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有近70年的歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。究其原因，是因?yàn)镻ID控制器有以下主要特點(diǎn)=(I)PID控制器簡單易懂，使用中不需要特別精確的系統(tǒng)模型。(2)使用性靈活，只需設(shè)定三個參數(shù)即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元。(3)PID參數(shù)較易整定，也就是PID參數(shù)可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。而階躍輸入響應(yīng)曲線是PID控制效果最重要的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為階躍干擾是最嚴(yán)重的干擾，只要反饋控制系統(tǒng)能在此類干擾下在規(guī)定的時間內(nèi)能恢復(fù)到給定值，系統(tǒng)就是基本滿足要求的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，該基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)不僅具有良好的控制效果，且控制成本低，控制效果很好，具有較高的實(shí)用價值；且如果有擾動產(chǎn)生，中水箱所在的副回路可以快速的反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。本發(fā)明的另一目的在于提供了一種基于上述雙容串級液位系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，主要由中水箱、下水箱、與中水箱相連的副控制裝置、以及與下水箱相連的主控制裝置構(gòu)成，所述副控制裝置與主控制裝置均與同一個執(zhí)行器相連。所述副控制裝置主要由與中水箱相連的副壓力變送器、以及與副壓力變送器相連的副調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述副調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連。所述主控制裝置主要由與下水箱相連的主壓力變送器、以及與主壓力變送器相連的主調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述主調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連?；谏鲜鲭p容串級液位系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:(a)首先，調(diào)節(jié)好副調(diào)節(jié)器參數(shù)；(b)然后，主壓力變送器檢測到下水箱中的液位，檢測到的信號傳送到主調(diào)節(jié)器；(C)副壓力變送器檢測到中水箱中的液位，檢測到的信號傳送到副調(diào)節(jié)器；主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器根據(jù)送入的檢測信號以及實(shí)際需求，輸出調(diào)節(jié)指令至執(zhí)行器；(d)執(zhí)行器根據(jù)指令調(diào)節(jié)進(jìn)入下水箱和中水箱的水流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)下水箱和中水箱的水位。當(dāng)有擾動產(chǎn)生，上水箱所在的回路進(jìn)行快速反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:不僅具有良好的控制效果，且控制成本低，控制效果很好，具有較高的實(shí)用價值；且如果有擾動產(chǎn)生，中水箱所在的副回路可以快速的反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例:
如圖1所示，本發(fā)明涉及的基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，主要由中水箱、下水箱、與中水箱相連的副控制裝置、以及與下水箱相連的主控制裝置構(gòu)成，所述副控制裝置與主控制裝置均與同一個執(zhí)行器相連。所述副控制裝置主要由與中水箱相連的副壓力變送器、以及與副壓力變送器相連的副調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述副調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連。所述主控制裝置主要由與下水箱相連的主壓力變送器、以及與主壓力變送器相連的主調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述主調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連。基于上述雙容串級液位系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:(a)首先，調(diào)節(jié)好副調(diào)節(jié)器參數(shù)；(b)然后，主壓力變送器檢測到下水箱中的液位，檢測到的信號傳送到主調(diào)節(jié)器；(C)副壓力變送器檢測到中水箱中的液位，檢測到的信號傳送到副調(diào)節(jié)器；主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器根據(jù)送入的檢測信號以及實(shí)際需求，輸出調(diào)節(jié)指令至執(zhí)行器；(d)執(zhí)行器根據(jù)指令調(diào)節(jié)進(jìn)入下水箱和中水箱的水流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)下水箱和中水箱的水位。當(dāng)有擾動產(chǎn)生，上水箱所在的回路進(jìn)行快速反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，其特征在于，主要由中水箱、下水箱、與中水箱相連的副控制裝置、以及與下水箱相連的主控制裝置構(gòu)成，所述副控制裝置與主控制裝置均與同一個執(zhí)行器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，其特征在于，所述副控制裝置主要由與中水箱相連的副壓力變送器、以及與副壓力變送器相連的副調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述副調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制裝置主要由與下水箱相連的主壓力變送器、以及與主壓力變送器相連的主調(diào)節(jié)器構(gòu)成，所述主調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器相連。
4.基于上述雙容串級液位系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)首先，調(diào)節(jié)好副調(diào)節(jié)器參數(shù)； (b)然后，主壓力變送器檢測到下水箱中的液位，檢測到的信號傳送到主調(diào)節(jié)器； (C)副壓力變送器檢測到中水箱中的液位，檢測到的信號傳送到副調(diào)節(jié)器；主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器根據(jù)送入的檢測信號以及實(shí)際需求，輸出調(diào)節(jié)指令至執(zhí)行器； (d)執(zhí)行器根據(jù)指令調(diào)節(jié)進(jìn)入下水箱和中水箱的水流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)下水箱和中水箱的水位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)有擾動產(chǎn)生，上水箱所在的回路進(jìn)行快速反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)。該基于PID控制器的雙容串級液位系統(tǒng)主要由儲水箱(1)、設(shè)置在儲水箱(1)上方的下水箱(2)、設(shè)置在下水箱(2)上方的上水箱(3)構(gòu)成，所述儲水箱(1)、下水箱(2)、上水箱(3)之間互相連通，還包括電動控制閥(4)，所述儲水箱(1)、上水箱(3)均通過水管與電動控制閥(4)相連，且電動控制閥(4)與下水箱(2)和上水箱(3)之間的水管上還設(shè)置有控制裝置。本發(fā)明還公開了一種基于上述雙容串級液位系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明不僅具有良好的控制效果，且控制成本低，控制效果很好，具有較高的實(shí)用價值；且如果有擾動產(chǎn)生，中水箱所在的副回路可以快速的反應(yīng)，消除擾動的作用，達(dá)到理想的控制效果。
文檔編號G05D9/12GK103105863SQ20111037529
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者蔣波 申請人:蔣波