基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程设计

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1、太原理工大学过程控制系统课程设计设计名称水箱液位系统的控制设计太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………目录摘要III任务书IV第1章绪论41．1过程控制的定义41．2过程控制的目的41．3过程控制的特点51．4过程控制的发展与趋势5第2章水箱液位控制系统的原理62．1人工控制与自动控制62．2水箱液位控制系统的原理框图72．3水箱液位控制系统的数学模型8第3章水箱液位控制系统的组成113．1被控制变量的选择113．2执行器的选择113.3PID控制器

2、的选择143．4液位变送器的选择15第4章PID控制规律174．1比例控制174．2积分控制（I）194．3微分控制（D）194．4比例积分控制（PI）204．5比例积分微分控制（PID）20第5章利用MATLAB进行仿真设计.........205.1MATLAB设计205.2MATLAB设计任务215.3MATLAB设计要求215.4MATLAB设计任务分析215.5MATLAB设计内容255.5.1主回路的设计255.5.2副回路的设计255.5.3主、副回路的匹配26-35-太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告5.5.4单回路PID控制的设计275.5.5串级控

3、制系统的设计325.5.6串级控制系统的PID参数整定34总结36参考文献36-35-太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告摘要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。 PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

4、    本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，调节阀为电动调节阀。选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。关键词PID控制过程控制液位控制-35-太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告课程设计任务书班级自动化0902学生姓名朱智慧指导教师设计（论文）题目水箱液位控制系统设计主要研究内容设计供水水箱的液位控制系统，要求在采用仪表控制的情况下，设计

5、一个单回路控制系统，系统使用PID调节器。各环节选用适当的仪表和器件，设计控制系统的控制方式，确定控制器参数，并可以通过实验加以验证。分析不同控制方式的控制规律和在不同控制方式下系统的特点。系统在上下水流量发生变化时，能快速恢复到设定值。主要技术指标或研究目标本过程控制系统，检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1--5V，电流4--20mA，供电要求：三相380V交流电，24V直流电。通过本课题的设计，培养学生对自动控制系统的综合运用，对自动化仪表的选型、参数设计和调试的能力，检验所学习专业知识的综合利用能力，为今后工作打好基础。基本要求（1）设计水箱液位控制的系统

6、方案。（2）各环节仪表的选型。（3）设计控制系统的控制方式和PID参数。（4）分析不同控制规律和不同参数下系统的特点。主要参考资料及文献1．《过程控制系统和应用》李国勇主编机械工业出版社2．《过程控制与自动化仪表》侯志林主编机械工业出版社3．《自动化仪表与过程控制》施仁主编电子工业出版社第1章-35-太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………第1章绪论1．1过程控制的定义生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生

7、产中连续的或按一定程序进行的生产过程的自动控制。电力拖动及电动机运转等过程的自动控制一般不包括在内。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。过程控制是自动控制学科的一个重要分支，是对过程控制系统进行分析与综合。1．2过程控制的目的生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或称工艺变量）有着一定的控制要求。有些工艺变量直接表征生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作用。例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作的压力不变的情况下必