第二章3種液位控制模擬系統之數學表示式

《第二章3種液位控制模擬系統之數學表示式》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、液位模擬控制系統中正高工王瑞瑛97年10月8日第一章程序控制概論暨液位模擬系統程式介紹M生活中的程序控制在「節能減碳」的聲聲呼喚中，以自行車為代步工具的風氣正夯。一般人在騎車的同時，卻很少將車行的過程加以分析探討，其間其實隱藏著程序控制的基本理論。如圖1.所示，車行路徑（程序X眼睛（測量大腦（比較；控制X手（最後控制機構）四者形成一閉環路（closedloop）,如此『不斷的』連續作用，才能控制自行車行駛，並使其車行程序成為封閉的控制環路，而構成簡單的自動控制系統。程序控制的設計流程經常以「方塊圖」來說明，如圖2.所示。車行位置1•自行車行駛操作

2、程序圖2•自行車行使控制方塊以騎自行車來描述簡單的自動控制系統，試分析如下：1、一般簡單的自動控制系統由四種機構所組成：⑴程序=車(車行路徑)⑵測量機構=眼睛⑶控制器=腦(比較、控制)(4)最後控制機構=手2、程序：控制的對象。3、測量機構：測量程序變數，並將所得轉成控制器能接受的信號，傳送入控制器。4、控制器:⑴比較：比較測量信號與設定值間的差距。⑵控制：依其差距配合不同的控制方式，產生不同的控制信號輸岀給最後控制機構。5、最後控制機構：接受控制器的信號，調整控制變數，通常裝設「控制閥」擔任此工作。1-2回饋控制(FeedbackControl)

3、與前饋控制(FeedforwardControl)回饋控制(FeedbackControl)為一般化工場最常採用的控制方式，其主要是將所測得的程序變數，與控制器內的設定值做比較，若兩者有差異，則由控制器計算而產生操縱變數，將此變數輸岀至最後控制機構以修正程序變數，直至其與設定值一致為止；故其系統形成一封閉環路（closedloop例如石化廠的精餾塔，其塔頂出口的控制作用往往關係到成品的成3.所示，而其方塊圖如圖4.。精餾塔頂回饋控制系統圖3.精餾塔頂溫度回饋控制系統圖4•精餾塔頂溫度回饋控制系統方塊圖刖饋控制(FeedforwardControl

4、)其控制系統環路無法封閉，故又稱為開環路(openloop),其操作方式為當程序負荷產生變化時，立即給予適當補償，使程序變數不因負荷變化而改變；而因其作用方向為一直向前，故稱為前饋控制。生活中的「自動洗衣機」即為一系列時間規劃的前饋控制。若將先前的精餾塔(回饋控制),其塔頂出口的控制作用改為前饋控制，如圖5.所示，而其方塊圖如圖6.。溫度記錄器前饋控制器X冷凝器塔頂產品ib5•精餾塔頂溫度前饋控制系統圖6•精餾塔頂溫度前饋控制系統方塊圖1-3控制器的種類與比較一般控制器的設計依其需要可分為：1、開關式控制器（Orvoffcontrol）:當程序變數

5、超過設定點，則令控制閥全關；低於設定點則令控制閥全開。本控制系統常見於要求不是很嚴謹的控制模式，例如家中冰箱、冷氣機，學校實驗室烘箱--的溫度控制。但控制過程常造成圈環（Cycling）現象。2、比例控制（Proportionalcontrol）P:比例控制是以誤差變數的大小來決定控制器的輸出，其數學公式為P=Ps+Kc£可消除圈環現象，但卻與設定值間有所差距而造成偏位（Offset）現象，其調整的參數為Kc（增益）或比例帶（P.B.%=1003、比例積分控制（Proportional-Integralcontrol）PI:其數學公式為P=Ps+K

6、ce+T公式中的積分項可消除偏位現象，但也造成振幅較大，達穩定設定值的時間較長。其調整的參數為Kc（增益）或比例帶（P.B.%）及積分時間（5比例積分微分控制(Proportional-1ntegral-Derivativecontrol)PID:其數學公式為P=Ps+Kce+[exdt+Kc—r,4dt微分動作的加入，使系統漸趨穩定且迅速達到設定值。其調整的參數為Kc（增益）或比例帶（P.B.%X積分時間（“）及微分時間（rDb探※綜合上述控制器，將其比較如下表:表1.各種控制器的比較種類數學式缺點備註ON-OFFP=Ps+Kc£簡單、便宜、

7、快速消除圈環現象PIPDPs+KcS+消除偏位現象圈環現象（Cycling）偏位現象（Offset）振幅大；系統不穩定全開一全關P・B%TKc戶OffsetP・B%JKc户Cycling所需時間長P=Ps+Kcs+Kc^)—dtP=Ps+Kc£+先發制人、快速修正，消除圈環現象綜合上述優點仍有Offset,但較比例控制4、微小干擾會被放大1-4液位模擬系統程式介紹在進入Windows作業系統後，直接以滑鼠點選應用程式FC,可進入如圖1・3之主程式畫面，該畫面是由幾個子畫面所構成；左側是一個水閥的示意圖；右側三個液位模擬示意圖說明了三種液位模擬系統，

8、由上至下分別為：單一水槽液位模擬，高低水槽液位模擬與水平水槽液位模擬。點選任一模擬系統，進入主要控制操作畫面，主要包含工具