PID控制流体输送装置过程控制系统设计(8)
式（4-12）也可以写成如下形式： （2-13）
若采用倒置U形管测量压差：
则流量系数C与流量的关系为：
用体积法测量流体的流量Vs，可由下式计算：
（2-16）
式中：Vs 水的体积流量，m3/s；
△t 计量桶接受水所用的时间，s；
A 计量桶计量系数；
△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm，△h=h2-h1；
V 在△t时间内计量桶接受的水量，L。
改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R和流量Vs绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C—雷诺数Re的关系曲线。
式中：d—实验管直径，m；
u—水在管中的流速，m/s。
2.3 流体输送相关的设计理论：
2.3.1 离心泵流量控制
1#离心泵流量控制结构图如图2-3-1-1所示。
图2-3-1-1 1#离心泵流量控制结构图
图中被控变量为泵出口流量，执行器为电动调节阀。
离心泵恒流量控制系统采用比例积分控制规律(P1)对离心泵流量进行控制。比例积分控制规律是比例与积分两种控制规律的组合， 理想的PID调节规律的数学表达式为：
（6-1）
假定在时间t=0之前，系统稳定，且离心泵的出口流量Q等于设定值。若在t=0时刻，外加压力阶跃干扰如图6-1-2，离心泵出口流量按衰减振荡的规律经过一段时间后，离心泵出口流量逐渐趋于稳定。完成了一次过渡过程。
图2-3-1-2 阶跃干扰信号
2.3.2 高位罐液位控制：
高位罐液位控制结构图如图2-3-2-1所示。
图2-3-2-1 高位罐液位控制结构图
控制参数如下：
1． 被控变量：液位罐液位。
2． 给定值(或设定值)Fs：对应于被控变量所需保持的工艺参数值，在本实验中
为给定的液位罐液位。
3． 测量值Fm：液位罐液位。
4． 操纵变量：为冷水泵出口流量。使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。电动调节阀的输入信号范围：4—20mA；输出：阀门开度0-16mm。
5． 干扰变量：在实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6．偏差信号e：被控变量的实际值与给定值之差， e=Fs-Fm。
7．控制信号u：流量电动调节阀将偏差控制规律计算得到的输出量。
本实验就是通过对不同液位进行控制，观察调节时间和调节情况来对不同的PID控制值进行观测。设定值变大之后，相应的电动调节阀也会随之变大,从而调节出水量，最终来达到要求的给定液位。
应用上述两个原理的实验为第五部分的5.1和5.2实验
3. 流体输送装置控制系统设计：
3.1 设计工艺流程介绍
流体输送控制系统操作流程图如图3-1-1所示