水箱液位控制系统毕业设计

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1、青岛滨海学院毕业设计引言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水

2、位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控制系统就显得日益重要。水箱液位控制系统是进行控制理论与控制工程教学、实验和研究的平台，可以方便地构成一阶系统对象（双容水箱）和两阶系统对象（三容水箱）。用户可通过经典的PID控制器设计与调试，进行智能控制教学实验与研究。各种控制器的控制效果通过水位的变化

3、直观地反映出来，同时通过液位传感器对水位的精确检测，方便地获得瞬态响应指标，准确评估控制性能。开放的控制器平台，便于用户进行自己的控制器设计，满足创新研究的需要。本人设计的水位控制系统主要由控制器、执行器、电动机等配件构成；操作简便，运行成本低，可扩展行强，这种系统不仅适用于农业和生活用水的控制，也适用于工业上的液位控制和马桶的给水控制。31青岛滨海学院毕业设计1系统结构原理1.1自动控制系统的组成自动控制原理是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被

4、控制量）自动地按照预定的规律运行。（1）自动控制系统由控制对象和制动控制设备组成。即由控制对象、传感器、控制器和执行器所组成的闭环控制系统。下图(1-1)是一个典型自动控制系统的功能框图。图1-1液位控制系统功能框图（2）所谓控制对象是指所需控制的机器、设备、或生产过程。（3）被控参数是所需控制和调节的物理量或状态参数化，即控制对象的输出信号，如房间温度、水箱水位。（4）被控参数的预定值（或理想值）称为给定值（设定值）。给定值与被控参数的测量值之差称为偏差。（5）扰动是指除给定输入之外，对系统的输出有影响的信号的总称。（6）传感器是指把被控参数成

5、比例地转变为其他物理量信号（如电阻、电势、电流、气压、位移）的元件或仪表，如热电阻、热电偶等，如果传感器所发出的信号与后面控制所要求的信号不一致时，则需要增加一个变送器，将传感器的输出信号转换成后面所要求的信号。（7）控制器是指将传感器送来的信号与给定值进行比较，根据比较结果的偏差大小，按照预定的控制规律输出控制信号的原件或仪表。31青岛滨海学院毕业设计（8）执行器是动力部件，它根据控制器送来的控制信号大小改变调节阀的开度，对控制对象施加控制作用，使被控参数保持在给定值。1.2水箱液位控制系统结构原理水箱尺寸：长×宽×高=25×20×40液位控制

6、系统由被控水箱1、蓄水箱2液位检测仪表差压变送器LT、控制器LC、执行器（调节阀）等组成。如图(1-2)所示。图1-2水箱液位自动控制原理图1.3水箱液位控制系统的控制理论1.3.1经典控制理论与现代控制理论控制理论一般分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。经典控制理论最初称为自动调节原理，适用于较简单系统特定变量的调节。随着后期现代控制理论的出现，故改称为经典控制理论。经典控制理论以传递函数为数学工具研究单输入、单输出的自动控制系统的分析和设计方法。主要研究方法有时域分析法、根轨迹法和频率特性法。　　31青岛滨海学院毕业设计现代控制理论的产生

7、：随着科学技术的突飞猛进，特别是空间技术和各类高速飞行器的发展，使各受控对象要求高速度、高精度，而系统的结构更加复杂，要求控制理论解决动态耦合的多输入多输出、非线形以及时变系统的设计问题。此外，对控制性能的要求也在逐步提高，很多情况下要求系统的某种性能是最优的，而且对环境的变化要有一定适应能力等。这些新的要求用经典理论是无法解决的，这同时也为现代控制理论的形成创造了条件。现代控制理论本质上是时域法，是建立在状态空间基础上的，它不用传递函数，而是用状态向量方程作基本工具，从而大大简化了数学表达方式，因此原则上可以分析多输入多输出、非线形以及时变系统

8、。1.3.2反馈控制原理通常，我们把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号是与输入信号相减