单容水箱液位控制系统设计-过程控制系统设计作业

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1、过程控制系统设计作业单容水箱液位控制系统设计学生姓名xx学号xx任课教师xx院、系、中心专科部专业生产过程自动化提交日期201x年10月日xxx科技大学摘要单容水箱液位控制系统设计摘要本论文以单容水箱为被控对象，给出了单闭环控制系统、串级控制系统和前馈反馈控制系统的设计方案，实现对水箱液位的控制。本论文还针对每种控制系统，在Matlab的Simulink中建立仿真模型进行仿真，得到仿真曲线，并且利用仿真曲线分析控制系统的性能，例如最大动态偏差、调节时间、衰减率和积分性能指标IAE等。单闭环控制系统的设计包括P、I、PI和PID的设计。

2、本文分别通过衰减频率特性法（理论整定法）和衰减曲线法（工程整定法）对控制器参数进行了整定。本论文还通过比较各控制系统的仿真曲线和系统性能指标，对各种控制系统设计方案进行了比较，发现串级控制和前馈反馈控制可提高系统性能。关键词：PID；串级；前馈反馈；参数整定；SimulinkIIAbstractDesignonWaterLevelControlinaTankAbstractThisthesisprovidesdesignmethodsof singleclosed-loopcontrolsystem, cascadecontrolsy

3、stem andfeedforward  controlsystemaboutthecontrolledobjectasingle watertank , anditachievesthegoalofcontrollinglevel. Foreverykindofcontrolsystem, simulationmodelisestablishedbyusingsimulationtoolMatlab,simulationcurvescananalysistheperformanceof controlsystem, suchasth

4、emaximumpercentovershoot, settlingtime, attenuationrateandIAE. Thedesignof singleclosed-loopcontrol system includesdesignsofP, I, PI andPID. Thecontrollerparameteristunedbyfrequencyresponseofattenuationrateandtheattenuationcurve.Allthe controldesignmethodsincludedarecom

5、paredbysimulationcurvesand performanceindexesandwefinallyfindthatcascadecontrolandfeedforwardcontrol areabletoimprove system’sperformance.Keywords:PID；Cascade；Feedforward-feedback；Parametertuning；SimulinkII目录目录摘要IABSTRACTII1设计要求及内容12单容水箱系统建模33单闭环控制系统设计53.1比例控制系统设计53.2积分

6、控制系统设计73.3比例-积分控制系统设计93.4比例-积分-微分控制系统设计124串级控制控制方案设计165前馈控制方案设计186实验室水箱实验报告196.1压力单闭环实验196.2液位单闭环实验206.3上水箱液位和流量组成串级实验226.4前馈反馈控制实验247总结26参考文献27附录28单容水箱控制系统设计1设计要求及内容图1单容水箱液位控制系统单容水箱液位控制系统如题图1所示。已知F=1000cm2，R=0.03s/cm2。调节阀为气关式，其静态增益，液位变送器静态增益。(1)画出该系统的传递方框图；(2)对单容水箱、调节阀

7、、液位变送器进行建模，理解F、R、Kv、Km的物理意义和量纲的关系。(3)采用单闭环控制，分别设计P、I、PI、PID调节器，定义性能指标，对控制性能进行评价。(定义哪些性能指标进行评价？)(4)对PID参数进行整定，工程的方法和理论的方法；(5)设计串级和前馈控制系统，分析性能，并和单闭环进行对比。(6)结合实物实验撰写实验报告。说明：1)仿真工具采用Matlab2)本设计持续一个学期，答案不唯一，大家可以相互讨论，但每个人都要做设计。3)在整个学期中，不定期的上交实验报告的电子版。电子版命名方法为：学号+姓名.rar内分2个目录：

8、29单容水箱控制系统设计document用于存放文档；simulation用于存放仿真文件；每次提交的时候，将整个文件夹压缩后电子邮件至limingneu@126.com.29单容水箱控制系统设计1单容水箱系统建模单