基于matlab与力控的双容水箱串级控制(doc毕设论文)

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1、过程控制课程设计报告摘要串联双容水箱在工业过程控制中应用非常广泛。在串联双容水箱水位的控制中，进水首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。随着工业的发展，液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛。本设计以二容水箱实验液位控制模型为研究对象，采用PID控制，并用力控组态进行上位机组态。组态界面包括：水箱实验界面（包括实时

2、趋势曲线）、报警窗口、历史趋势曲线。所有画面的动态显示用增强按钮连接。关键词：串级控制MATLABPID组态力控小组成员及学号姓名学号本人工作任务详细说明l参与设计双容水箱串级控制系统，完成其运行效果；l观看力控监控组态软件演示工程中的双容水箱串级控制系统，熟悉其运行及各主要监控参数；l和组员在网上以及参考文献中搜集双容水箱串级控制系统的工作原理、多电梯远程监控系统的工艺流程图、双容水箱串级控制系统主要控制参数，双容水箱串级控制系统的主要监控功能等资料；l参与建立双容水箱串级控制系统的工程画面，创建相应双容水箱串级控制系统的

3、组态界面，创建实时数据库，制作相应动画连接；l根据工艺流程图及设计思想参与进行主要的系统程序编写，并和组员一起检查更正、完善系统程序；l观看双容水箱串级控制系统运行效果图；l写双容水箱串级控制系统实习报告。目录第一章MATLAB设计实验报告11.1MATLAB设计11.2MATLAB设计任务11.3MATLAB设计要求11.4MATLAB设计任务分析21.5MATLAB设计内容51.5.1主回路的设计51.5.2副回路的设计61.5.3主、副回路的匹配61.5.4单回路PID控制的设计71.5.5串级控制系统的设计11第二章

4、力控设计实验报告182.1力控设计182.2力控设计任务182.3制作工程画面182.4建立动画连接212.5力控软件与MATLAB的通信232.5.1服务器节点配置232.5.2.客户端节点配置252.6运行调试及参数整定282.7作品展示30第三章串级控制设计报告任务说明书313.1小组成员及学号313.2本人工作任务详细说明31第四章实习心得32致谢33参考文献：34第一章MATLAB设计实验报告1.1MATLAB设计双容水箱液位串级控制系统设计1.2MATLAB设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支

5、路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。图1.2.1双容水箱液位控制系统示意图1.3MATLAB设计要求1.已知上下水箱的传递函数分别为：，。要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）；2.针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿

6、真，其中PID参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P、I、D各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3.针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。1.4MATLAB设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的

7、工业生产对象。对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。串级控制双容液位过程如图1.4.1所示。图1.4.1串级控制的双容液位过程两容器的流出阀均为手动阀门，流量只与容器1的液位有关，与容器2的液位无关。容器2的液位也不会影响容器1的液位，两容器无相互影响。由于两容器的流出阀均为手动阀门，故有非线性方程：(4-1)(4-2)过程的原始数据模型为：(4-3)令容器1、容器2相应的线性水阻分别为和：(4-4)(4-5)其中为容器1的初始液位，为容器2的初始液位。则有过程传递函数：(4-6)(4-7)而由式（2

8、-41）可以退出：(4-8)因此有：(4-9)令时间常数和，最终可得该过程的传递函数为：(4-10)可见，虽然容器1的液位会影响容器2的液位，但容器2的液位不会影响容器1，二者不存在相互影响；过程的传递函数相当于两个容器分别独立时的传递函数相乘，但过程增益为两个独立传递函数相乘的1/R1倍