水箱液位控制系统建模与控制器设计

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1、课程设计姓名：学号：学院：专业：　设计题目：水箱液位控制系统建模与控制器设计指导教师：职称：年月水箱液位控制系统建模与控制器设计一、设计目的“THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置”是从高校自动化相关专业教学实验的需求出发，采用代表自动化行业技术潮流的现场总线技术，开发出来的进行通讯和远程控制网络化和数字化实验装置。通过在过程控制实验台上对液位进行控制实验，掌握过程控制系统的基本概念，能够综合运用所学控制理论知识分析解决实际问题。二、设计要求要求严格遵守实验室安全制度及学生实验守则，完成规定实验内容，

2、在尊重实践的基础上作好实验记录，不能有任何伪造数据出现，根据实验数据运用所学知识进行分析总结。之后独立完成设计论文的编写。三、设计内容1、过程控制系统基本理论复习。2、熟习过程控制实验台。3、具体针对双容水箱液位PID控制及计算机控制进行实验，了解各系统的结构与组成，明确各系统的被控对象、执行机构、调节器及测量变送单元分别是什么。记录数据并做出相应曲线，分析各自特点及参数变化对系统性能的影响。用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。比较不同PI

3、参数对系统的性能产生的影响。4、进行课程设计总结，撰写报告。四、参考文献1、《过程控制系统及仪表》2、《计算机控制系统》3、《过程控制实验指导书》目录1绪论11.1课题意义11.2液位控制的特点与现状11.3液位控制主要发展方向21.3.1过程建模21.3.2控制策略和方法31.4论文结构42液位控制系统介绍52.1TKGK-1过程控制实验装置52.1.1系统组成52.1.2供水系统62.1.3控制对象72.1.4模拟PID控制方式72.2变频器72.2.1变频器的种类、组成及功能72.2.2变频器的调速原理

4、92.3传感器102.3.1传感器的定义、组成和种类102.3.2传感器的特性112.3.3差压传感器122.4被控对象132.5模拟PID控制方式133单容水箱液位控制系统建模153.1液位控制的实现153.2水箱建模153.2.1实验中应注意的问题153.2.2水箱建模163.2.3求解模型参数183.3系统建模203.3.1MATLAB的主要功能203.3.2Simulink仿真环境213.3.3确定系统模型参数224液位控制系统中的PID算法控制244.1PID控制原理244.2数字PID控制算法25

5、4.2.1位置式PID控制算法254.2.2增量式PID控制算法274.3单容水箱液位的增量式PID控制304.3.1系统仿真304.3.2曲线的比较与分析324.3.3PID参数整定335结论366参考文献387体会381绪论1.1课题意义过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水

6、控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。TKGK-1型过程控制实验装置是专门针对于过程控制系统

7、研究的实验系统。它包含有温度、压力、流量、液位等多种被控变量和PID控制、PLC控制等多种控制方式。十分适合对液位控制系统进行方法、策略的验证和研究。所以，可以以这套实验装置为平台，开展液位控制系统研究。1.2液位控制的特点与现状液位控制工业最大的特点就是连续性，随着科学技术的迅猛发展，以液位控制为代表的连续工业逐步向大型化、连续化、自动化和集成化方向发展。为了提高竞争能力，液位控制工业在不断地通过提高自动化水平来提高产品质量、节省能源、降低成本以获取更加显著的经济效益。从控制工程的观点看，液位控制有如下一些

8、特点：①液体工业生产往往伴随有物化反应、生化反应等，因此过程机理比较复杂；②被控对象往往是大惯性、高维、大时滞、严重不确定性与非线性等，控制起来非常困难；③38液位控制工业经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下运行，生产的安全性是至关重要的。根据液位控制的特点及其在生产中的工艺要求，可以知道，实现液位过程控制的目的和要求可归纳为：抑制外界扰动的影响；确保液位控制过程的稳定性；使工厂生产状况更加优化。传