双容水箱课程设计报告

《双容水箱课程设计报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、双容水箱液位串级控制系统设计1.设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2.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双容水箱液位控制系统示意图3.设计要求1）已知上下水箱的传递函数分别为：，。要求完成双容水箱控制系统的性能指标：超调量<30%,调节时间<30s,扰动作用下系统的性能较单闭环系统有较大的改进。1.分析控制系统的结构特点设

2、计合理的控制系统设计方案；2.选择合适的检测器件、执行器件和控制器件（PLC或单片机），完成双容水箱串级控制系统的硬件电路设计；3.建立控制系统的数学模型，完成系统的控制结构框图；4.完成控制系统的主副控制器的控制算法策略的选择(PID)，并整定相应的控制参数；5.完成系统的MATLAB仿真，验证控制算法的选择，并要求达到系统的控制要求，完成系统的理论的设计。6.完成系统的算法控制程序等的软件设计；57.构建系统的组态环境，并在组态环境里对系统进行调试，并与仿真图形进行比较。4.设计任务分析系统

3、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。在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；控制对象特性：（上水箱传递函数）；（下水箱传递函数）。控制器：PID；执行器：控制阀；干扰信号：在系统

4、单位阶跃给定下运行100s,150s后，分别在内环和外环施加施加给定值20%的干扰。为保持下水箱液位的稳定，设计中采用闭环系统，将下水箱液位信号经水位检测器送至控制器（PID），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（控制阀），从而改变流量调节水位。当对象是单水箱时，通过不断调整PID参数，单闭环控制系统理论上可以达到比较好的效果，系统也将有较好的抗干扰能力。该设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通路传递到下

5、水箱，会有很大的延迟，进而使控制器响应滞后，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，无论如何调整PID参数，都将无法得到满意的效果。考虑到串级控制可以使某些主要干扰提前被发现，及早控制，在内环引入负反馈，检测上水箱液位，将液位信号送至副控制器，然后直接作用于控制阀，以此得到较好的控制效果。双闭环控制系统框图如下：计算机计算机调节阀液位液位液位变送器液位变送器x1(t)z1(t)z2(t)x1(t)e(t)u(t)g(t)f1(t)f2(t)q(t)y(t)－－51）单回路PID控制的设计M

6、ATLAB仿真框图如下：先对控制对象进行PID参数整定，这里采用简单的凑试法：最后整定的结果如下：Kp=0.9，1/Ti=0.001，Td=30。仿真后的效果如下：经观察知其超调量，调节时间，调节时间比较大，响应速度比较慢，同时在加入给定值的20%的干扰后不会很快的回到稳定值，所以我们采用串级控制。2）串级控制系统的设计系统的MATLAB仿真框图如下：5设计中，首先对副调节器进行PID整定，然后主调节器进行PID整定，根据Z-N经验公式进行整定，其参数表如下：控制器类型KpTiTdP0PI0PI

7、D首先采用PI调节器进行对内环整定，但结果不是特别好，经凑试法，最后得出Kp=9,1/Ti=0.1，采用同样的方法对对主调节器进行整定，最后得出Kp=2.9，1/Ti=0.025。仿真结果如下：在系统稳定后100s的地方对系统施加0.2的干扰后，波动很小，在稳定后的150s的地方施加同样的干扰后，波动比较大，但很快就可以回到稳定值。从图中看以看出其调节时间，超调量，满足了系统的要求。5在无干扰情况下，整主控制器的PID参数，整定好参数后，分别改变P、I、D参数，观察各参数的变化对系统性能的影响；

8、然后加入干扰（白噪声），比较有无干扰两种情况下系统稳定性的变化。然后，加入副回路、副控制器，再有干扰的情况下，比较单回路控制、串级控制系统性能的变化，串级控制系统框图如下：系统实施方案图如下：5.设计总结5