盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011)
K、?、T分别为对象模型的开环增益、纯滞后时间常数和惯性时间常数。 (a)阶跃响应法
将系统开环后，给其输入一定幅值的阶跃信号，可得知下图所示的阶跃响应曲线。在曲线上最大斜率点P初作切线，FOPDT模型的参数如图5-1所示：
G(s)?Ke??x(5?1)1?Ts
图5-1 阶跃响应曲线
阶跃曲线法非常方便简洁，只要知道过程对象函数模型，即可根据公式算得PID控制器的三个参数。但阶跃曲线法存在一定的弊端。首先，它难以确定最大斜率处，并且能够利用的系统信息不足；其次，阶跃曲线法只限与FOPDT模型，对象广泛的其他景点过程对象，阶跃曲线法束手无策。 (b)频率响应法
在闭环情况下，将PID控制器的积分和微分作用先去掉，仅留下比例作用，然后给系统一个信号，若系统响应是衰减的，则需要增大控制器的比例增益，反之减小比例增益。这样做的目的是要使闭环系统做临界等幅震荡，此时的比例增益Kc称为临界增益，记为Ku，此时的系统震荡周期称为临界震荡周期Tu，然后根据经验公式得出响应的PID参数。
频率响应法虽然简单实用，在工程上也曾得到广泛的应用，但仍存在许多缺陷。首先，对于参数Ku和Tu的获取需要花费大量的调试时间；其次，现场试验中存在的不确定影响会给试验数据带来一定甚至关键的噪声，从影响最终的控制品质；最后，对于那些不允许做临界震荡试验的系统，频率响应发根本无法应用，否则就会导致整个系统崩溃。
(2)参数整定公式
PID参数自整定包括图区过程动态特性和PID控制器设计两部分。整定公式本身包含了PID控制器的设计过程，可直接应用于PID自整定控制器中。其中最常见的是Z-N整定公式。
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基于组态的智能仪表液位控制系统
对于线性时不变系统，若输入信号是正弦信号，则稳定后输出信号为同频率的正弦信号，只有幅度和相位发生变化。系统传递函数可以表述为频率的函数：
j?(?) G(j?)?A(?)e （5-2）
其中A(?)为输入到输出的幅值增益，?(?)是是输入信号与输出信号之间的相移。
图5-2 Nyquist曲线
店频率成为临界震荡频率??。如果在闭环系统中将控制器设为纯比例控制，当比
例增益大道足够高是，系统将不稳定。调节比例增益使系统大道临界状态时，这时控制信号与过程输出都是正弦信号，相应相位差-180度。简单起见假设设定值SV=0，则???K*PV。由于系统等幅震荡，可知Ku(j??)??1，其中临界增益Ku被称为临界比例系数，为过程传递函数。由方程可知G(j??)??1/K?。这样，Nyquist曲线上的极限点被确定，系统的频域传递函数就可以通过一次调节辨识。另一种PID参数整定方法—频率响应发，其整定公式如下图5-3所示：
Ti Td 控制器 K? P PI PID 0.5K? 0.45K? 0.6K? 0.85T? 0.5T? 0.125T? 系统的Nyquist曲线如图5-2所示。曲线上相位为-180度得点成为极限点。该
图5-3 频率响应法
根据上述计算结果设置调节器的参数值，观察系统的响应过程。如果不够理想，再适当调整整定参数数值，直到控制质量符合要求为止。
6 结束语
经过对大量文献资料的研究和整理，使我对组态软件与现场控制设备的有机结合，实现远程监控有了更深刻的认识。国内大中小型企业为提高产量和生产效率，增强企业运行安全系数，普遍开始利用计算机进行工业自动化生产的技术改造。通
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盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011)
过监控组态软件对现场的生产情况进行监视控制，可以达到减轻工作量，提高劳动生产率和安全可靠性的目的。本文以过控实验室的液位系统为对象，设计研究了PID控制器，并进行了实时控制，对实时控制的结果进行了分析，分析结果表明，PID控制的确是一种非常实用可靠的控制技术。同时通过本次设计，我体会到智能仪表不仅具有可靠性高、抗干扰能力强的特点，而且提高了控制系统的智能化程度，具有成本低，控制效果好的优点，其应用前景广阔。
PID控制虽然有以上诸多有点，但是还是有很多不足。譬如参数整定方面，整定方法都是根据对象特性离线进行的，因此，当工业对象存在时变性、非线性和不确定性时，PID控制往往不能保证良好的控制品质，对于大惯性、大时滞的对象，其效果也不能令人满意，原因在于常规PID控制器的参数是经离线整定后相对固定，不能根据对象特性变化和动态过程修改控制参数。在实际工业控制过程中，由于对象的特性变化或者具有动态特性，需要采取更加灵活有效的控制方式，如自适应PID控制、非线性PID控制、模糊PID控制等。
鉴于这些不足之处，随着控制技术的发展，控制系统的发展方向必然是： (1)改进模糊控制规则，给用户留更多的接口，使用户能够对控制施加更多的控制行为，不仅能够改变量化因子和比例因子，而且能够改变模糊控制规则。
(2)使各种控制曲线能够打印出来或保存成图形。
(3)增加一些其他的控制，比如神经网络控制等功能。使系统的功能更为强大，能够实现更多的控制。
参考文献
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基于组态的智能仪表液位控制系统
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致 谢
这次毕业设计能够得以顺利完成，首先要感谢我的父母亲，你们是我力量的源泉，只要有你们，不管面对什么样的困难，我都不会害怕。
其次特别感谢我的指导老师——赵兰老师。赵老师在我毕业设计过程中，给我提供了极大的帮助和指导。从开始选题到中期设计，再到最终说明书撰写，赵老师给我提供了许多宝贵建议。
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盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011)
感谢盐城工学院所有曾经为2007级自动化专业任课的老师，尤其是辅导员老师们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度。
感谢校内与校外的朋友们对我的支持，当我设计遇到困难的时候能听我抱怨，开导鼓励我。大学四年里我们一起渡过的欢乐时光，那些开心的日子，是那么的令人难以忘怀。
最后再一次对我的家人，我的老师和我的朋友再次致以我最衷心的感谢！
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