计算机控制技术课程设计储水罐液位计算机控制系统设计
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2010年6月8日
1
徐州工程学院课程设计
目录
1 课程设计说明 (1)
1.1 题目说明 (1)
1.2 设计要求 (1)
2 控制系统结构框图与工作原理 (1)
2.1 控制系统结构框图 (1)
2.2工作原理............................................................................................. 错误！未定义书签。3控制系统数学模型与总体控制方案 (2)
3.1 储水槽数学模型 (2)
3.2 D/A转换器数学型 (3)
3.3 系统传递函数结构框图 (4)
3.3系统总体方案 (4)
4传感器与执行机构选型设计 (4)
4.1液位传感器选型 (4)
4.1.1液位传感器简介 (4)
4.1.2液位传感器工作原理 (4)
4.1.3液位传感器选型 (5)
4.2水泵选型 (5)
5控制器与硬件电路的设计 (6)
5.1控制器总体方案设计 (6)
5.2硬件电路的设计 (7)
5.2.1振荡电路 (7)
5.2.2复位电路 (7)
5.2.3数码管显示电路 (8)
5.2.4A/D转换电路 (8)
5.2.5电机驱动电路 (9)
6软件设计 (11)
6.1软件设计模块 (11)
6.1.2软件设计模块 (11)
6.1.2PI算法 (11)
6.2软件设计流程图 (12)
结论 (13)
参考文献 (14)
附录 (15)
附录1 (15)
1
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附录2 (15)
2
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1
1 课程设计说明
1.1 题目说明
被控系统为一储水罐。系统如图1-1所示，储水罐内为清水，下部设有出水管，流量记为Q 2。储水罐通过水泵将清水池内的清水补入罐内，流量记为Q 1，清水池内的水位可视为固定值2米（即在储水罐补水过程中液位不变化）。已知储水罐的截面积A=1平方米，高度H=2米，要求控制目标液位高度为1米。
图1-1
1.2设计要求
1要求控制系统调节时间t s ≤2分钟，超调量≤10%。 2 设计人机接口实时显示。
2 控制系统结构框图与工作原理
2.1系统结构框图
图2-1中的控制器为PID 控制器，其功能由计算计算机实现。计算机有强大的运算，
清水池
储水罐
目标液位高度
水泵
2
Q 1
Q
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2
逻辑判断和记忆功能。当给初始量和反馈量后，依照偏差值进行PID 控制算法的运算，计算结果经DA 转换器转换为模拟信号传送给执行机构完成对系统的控制。
2.2 工作原理
如图1-1所示打开电源水泵工作，将水抽入储水罐中，进水流量为1Q , 水槽液位高度上升，水槽底部有出水槽，水以流量2Q 的速度流出。水槽中有一个液位控制器测量液位懂的高度，液位传感器将液位高度经AD 转换器传至计算机与给定液位高度比较得到偏差，经控制算法计算出相应的控制值，控制信号经DA 转换器转换为模拟信号控制水泵抽水，从而达到给定的高度。
3控制系统数学模型与总体控制方案
3.1储水槽数学模型
储水罐流入量与流出量之差可用式3-1表示。
t h
d A dt dV Q Q i
δδδ==
-0
式（3-1）
式中
i
Q δ——表示输入水流量的增量；
Q δ——表示输出水流量的增量；
V ——表示储水罐液体贮存量；
A ——表示储水罐横截面面积；
h δ——表示储水罐液位高度的增量；
输出水量增量可由式3-2表示
u K Q u
i
δδ=
式（3-2）
式中 u
K
——表示流量系数；
u δ——表示出水管的开度变化；
流出量与液位高度的关系式为
gh A Q 20
= 这是一个非线性关系式，可在平衡点
),(0
Q h 进行线性化，得到液阻表达式
Q
h
R δδ=
式（3-3）
将式（3-2）和式（3-3）带入式3-2可得
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3
u K h dt h d T δδδ=+ 式（3-4）
式中
R K K U
=
RA T =
对式3-4两端进行拉式变换得到储水罐的传递函数为
1)(+=
Ts K
s G 式（3-5）
由条件已知
1=A ；
假设：
3=u
K ；
2=R ;
则
126
)(+=
s s G
式（3-6）
3.2 D/A 转换器的数学模型
D/A 转换器把离散数字信号转换为连续模拟信号，D/A 转换过程可以用零阶保持器取
代，查阅相关资料得到零阶保持器的传递函数为：
s e s G Ts
--=
1)(
式（3-7）
将该传递函数近似实现：
Ts
s
T Ts e Ts
+=+++=1 (212)
2
式（3-8）
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4
Ts T Ts s e s Ts
+=
+-=-==1)111(1)11(1s e -1G(s)-Ts
式（3-9）
3.3
系统传递函数结构框图
图3-1
注：式中的符号T,K1,K2,K3将在硬件选择这一部分中确定。
3.4系统总体方案
方案一：基于PLC 的液位控制系统
PLC 控制系统实践环节主要是以可编程序逻辑控制器PLC 为核心，以STEP7-Micro/WIN
软件为开发平台，以实验台上的各种设备为对象使用梯形图语言进行PLC 控制程序的开发来控制各种设备。MCGS 组态软件用于生成和运行水塔监控的组态工程文件。完成构建的PLC 控制系统的监控功能。
方案二：基于单片机的液位控制系统
在液位控制系统的设计中采用以AT89C51单片机为核心，数据采集用8位ADC0809，输出控制数据采用8位D/A 转换芯片DAC0832用来把计算机结果转换为相应模拟信号再通过放大器把电流转换为电压信号控制水泵，达到对液位的控制。
以上两种方案均能实现对液位高度的控制，结合本学期所学课程（单片机与计算机控制技术），采用方案二比较现实。
4传感器与执行机构的选型设计
4.1液位传感器的选型
4.1.1液位传感器简介
液位传感器是一种测量液位的压力传感器．静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感原件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA ／１～５ＶＤＣ）。静压投入式液位变送器精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。4～20mA 、 0～5v 、 0～10mA 等标准
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信号输出方式由用户根据需要任选。
4.1.2液位传感器工作原理
用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：
Ρ = ρ .g.H +Po
式（4-1）式中：
P ：变送器迎液面所受压力；
ρ：被测液体密度；
g ：当地重力加速度；
Po ：液面上大气压；
H ：变送器投入液体的深度；
通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po 与传感器的负压腔连，以抵消传感器背面的Po 使传感器测得压力为：ρ .g.H ，显然, 通过测取压力P ，可以得到液位深度。
4.1.3液位传感器选型
根据设计要求液位目标高度为1m，故传感器量程不能选择太大，精度要高。
查阅相关资料选择URS-100投入式液位变送器
结构原理：URS-100系列静压式液位计变送器是通过测量液体高度而产生的静压力来测定液体液位的。当把液位变送器的传感器部分投入到液体介质中时，传感器把液体的静压转换为电压信号，该电压信号经放大后转化成4~20mADC标准电流信号输出。
主要技术参数
测量范围：0~1m；0~100m
输出信号：4~20mADC二线制
精确度：0.2级，可提供0.1级
介质温度：-40~100℃
环境温度：-30~80℃
环境温度影响：在温度外偿范围内，零位变化量≤±0.3%/10℃
量程变化量: ≤±0.2%/10℃
电源电压:24VDC,按负载特性,电源电压可达12~40VDC
电源电压影响：在规定的电压范围内，输出变换量＜0.01%/1V
射频干扰影响：当变送器正常安装及罩壳盖紧时，对射频频率为27~1000MHz之间和场强30V/m的干扰，输出变化量＜0.1%
长期稳定性：≤±0.3%(6个月)
防爆标志：本安型：Ex ib ⅡCT4~T6
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隔爆型：Ex d ⅡBT4 外壳防爆等级：IP65
连接形式：URS-100型-法兰安装：DN50 PN1.0凸面 法兰标准：HG20598-97 支架安装，卫生快装卡箍：DN50 URS-100S 型-螺纹安装：G3/4〞
4.2水泵选型
根据设计要求控制系统调节时间t s ≤2分钟，水泵的选型要考虑调节时间的限制。 由于储水槽到达液位高度时水槽中水的容量为1000L. 查阅相关资料选择WKA1300型水泵，参数如下：
表4-1
图4-1水泵实物图
5控制器与硬件电路的设计
5.1控制器总体方案设计
本液位控制系统采用以MCS51单片机为主控芯片的控制器，外扩A/D 传感器采集液位传感器数据，通过数码管显示电路显示液位高度，采用一定的控制算法与标准液位高度进行比较，利用PWM 波对水泵电机进行转速控制从而调节液位高度。
电压
电流
流量
最大抽水高度 处于最大抽水高度时泵的抽水速率（L/min ） 12V <400mA 1.3L/min 3m >500 24V
<240mA
1.3L/min
3m
>500
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控制器结构结构图如图5-1所示：
图5-1 注：1单片机的P0口控制数码管显示液位高度； 2单片机得P1口用于采集A/D 信号；
3单片机的P2.0-P2.2口用于控制电机驱动电路；
5.2硬件电路的设计
5.2.1振荡电路
单片机时钟信号有两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。引脚XTAL1 和XTAL2引脚上外接晶振构成了内部振荡方式单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，本控制器采用12MHZ 的晶振其电路图如图5-2：
图5-2
5.2.2复位电路
单片机复位电路有上电复位和开关复位两种方式，本控制器采用开关复位，其电路图如图5-3所示：
P0
单 片 机
P2.0 -P2.2
P1
A/D 传感器
液位传感器
数码管显示电路
振荡电路 复位电路
电机驱动电
路
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图5-3
如图按下复位开关K 后由于电容C1的充电和反相门的作用，使REST 持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K 后松开，也能使REST 为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。
5.2.3数码管显示电路
数码管显示电路用来显示液位高度，本控制器的设计方法是用两片74HC573锁存芯片接单片机的P0口控制数码管的位选和断选，这样做可以节省单片机的I/O 口，其电路图如图5-4
所示：
图5-4
5.2.4A/D 转换电路
A/D 转换电路主要是用来采集传感器的信号，将传感器采集的液位高度模拟信号转换为数字信号传送给单片机做相关处理。本控制器采用ADC0804芯片，其连接电路如图5-5：
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图5-5
根据ADC0804的数据手册连接电路，引脚VIN+,VIN-作为模拟信号的输入端，DB0-DB7将转换后的数字信号输入单片机的P1口对数据做相关处理。
5.2.5电机驱动电路
本课程设计所选水泵为WKA1300型微型水泵，此水泵为直流控制，相当于一个直流电机；用单片机控制直流电路通常是通过I/O口输出PWM波来控制直流电机的转速，正转，反转。目前流行的直流电机驱动电路是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图5-6所示。
全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、 S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
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图5-6
由于H 桥搭建比较繁琐，有集成了H 桥的驱动芯片用来控制电机。本课程设计采用的是L293D 芯片采用16引脚DIP 封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n 型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。L293D 通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM ）。另外，L293D 将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信号，IN1、IN2为电机转动方向控制信号，IN1、IN2分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。选用一路PWM 连接EN12引脚，通过调整PWM 的占空比可以调整电机的转速。选择一路I/O 口，经反向器74HC14分别接IN1和IN2引脚，控制电机的正反转。驱动电路如图5-7：
图5-7
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6软件设计
6.1软件设计概要
6.1.1软件设计模块：
本课程设计软件设计包括以下几部分：
1：A/D数据采集模块；
2：数码管液位高度显示模块：
3：PI算法模块
6.1.2 PI算法
PID算法是目前比较流行的对误差控制的算法其公式入式6-1
EK=Kp*e + Ki*∫edt + Kd*（de/dt）
式（6-1）Kp：比例系数；
Ki：积分系数；
Kd：微分系数；
评价一个控制系统是否优越，有三个指标：快、稳、准。所谓快，就是要使压力能快速地达到“命令值”（不知道你的系统要求多少时间）所谓稳，就是要压力稳定不波动或波动量小（不知道你的系统允许多大波动）所谓准，就是要求“命令值”与“输出值”之间的误差e小（不知道你的系统允许多大误差）对于你的系统来说，要求“快”的话，可以增大Kp、Ki值要求“准”的话，可以增大Ki值要求“稳”的话，可以增大Kd值,可以减少压力波动仔细分析可以得知：这三个指标是相互矛盾的。如果太“快”，可能导致不“稳”；如果太“稳”，可能导致不“快”；因此合理的控制 Kp Ki Kd的值，能较好的改善控制系统。
本课程设计采用比例-积分控制，即PI控制，通过一定的算法，来改变PWM波形，控制电机的转速，以达到对储水罐液位高度的控制。
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6.2软件设计流程图
NO
YES
开始
初始化
A/D 数据采集显当 前液位高度
设定液位高度
计算输入A/D 采集数据与设定液位高度的偏差
液位有偏差？ PI 调节
输出控制改变PWM 波占空比
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结论
本储水槽液位控制系统设计基于MCS51单片机系统而设计的，利用单片机强大的功能和方便通信接口，实现水位检测、电机速度控制，采用PI调节误差，进一步对液位控制系统优化。考察了对《自动控制原理》，《计算机控制技术》，《单片机原理及应用》这几门课程的应用。同时硬件电路与软件程序的设计是对液位控制系统的应用支撑。
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参考文献
[1] 胡寿松.自动控制原理[M].北京科学出版社，2007:38
[2] 谢维成等．单片机原理与应用及C51程序设计[M] ．清华大学出版社, 2006．
[3] D.Ibrahim. Microcontroller Based Applied Digital Control [M] ．John Wiley & Sons. 2006．
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附录
附录1：控制系统电路图
附录2：程序 #include
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sbit adwr=P3^6; /**A/D的WR端口**/ sbit adrd=P3^7; /**A/D的RD端口**/
sbit cs=P3^2; /**A/D的片选信号端口**/ sbit EN=P2^2;
void pi() ;
void delay(unit z) /**延时**/
{
unit x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void display(unit shu) /**数码管显示**/
{
i=shu%10;
j=shu/10;
wela=1;
P0=0xfd;
wela=0;
dula=1;
P0=table[i];
delay(1);
wela=1;
P0=0xfc;
wela=0;
dula=table[j];
}
void main()
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{
EA=1;
TMOD=0x01;
ET0=1;
TR0=1;
TH0=(65536-100)/256; /**每10u产生中断**/
TL0=(65536-100)%256;
zkb=f(YK); /**占空比与PI调节输出参数关系
**/
cs=1;
delay(50000); /**每隔一定时间读一次AD**/
cs=0;
float EK,EK1,EK2,YK; /**EK:设定值与实测值之差
EK1：上次EK的值
EK2：EK-EK1的差
YK输出的数据**/ while(1)
{
adwr=1;
_nop_(); /**延时一个机器周期**/
adwr=0;
_nop_();
adwr=1;
for(a=10;a>0;a--)
{
display(shu);
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成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处
*注：此任务书由课程设计指导教师填写。
直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。
储 罐 液 位 控 制 系 统 设 计 学号:000000000 姓名: 0000000
目录 设计任务与要求--------------------------------------------------------------3 一、本课程设计系统概述-------------------------------------------------------4 1、系统原理--------------------------------------------4 2、系统结构图---------------------------------------------------------------4 3、控制方案说明------------------------------------------------------------5 4、系统组成及原理--------------------------------------5 二、硬件设计-----------------------------------------------------------------------6 1、单片机最小系统电路设计------------------------------6 2、水位检测传感器的选用------------------------------------------------8 3、稳压电路的设计---------------------------------------------------------8 4、光报警电路的设计------------------------------------9 5、水泵的介绍-----------------------------------------10 6、继电器控制水泵加水电路-----------------------------14 7、电源电路-------------------------------------------16 8、看门狗技术-------------------------------------------------------------16 三、软件设计---------------------------------------------------------------------19 1、系统总流程图----------------------------------------------------------19 2、系统总程序-----------------------------------------20 四、小结---------------------------------------------------------------------------22 五、参考文献---------------------------------------------------------------------23
北京理工大学珠海学院 课程设计 课程设计（C） 学院：信息学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 201 年月日 北京理工大学珠海学院
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第 1 学期 学生姓名：专业班级：自动化 指导教师：工作部门：信息学院 一、课程设计题目水塔水位控制系统 二、课程设计内容： 1、硬件设计 （1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。 （2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C 电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。 （3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。 2、软件设计 （1）根据功能要求画出控制程序流程图。 （2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。 三、功能要求： 1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。 2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 3、供水系统出现故障时，自动报警。 四、调试 1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。 2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。 3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。 撰搞人教研室主任院长 签名 日期2010.10.6
自动化应用软件实训 专业：______ 自动化_______ 班级：动1101 姓名： __________________ 学号：— 指导教师：____________
基于组态王的储液罐液位自动控制系统 1任务要求 基于组态王的储液罐液位自动控制系统的要求：进水阀控制储液罐的水位，出水阀 控制主液箱的水位，排气阀用于保持储液罐内的压强与外界压强一致 ，储液罐与主液 箱设置的最大水位值为100。当储液罐水位＜100时，出水阀打开，储液罐液位增加，直 到水位达到100；当主液箱水位＜100并且储液罐液位不等于0时，出水阀打开，主液箱 水位增加，储液罐液位减少；当主液箱水位 ＜100时，出水阀打开，主液箱液位增加， 直到水位达到100；当用户打开水龙头时，主液箱液位减少，出水阀打开，储液罐液位 减少，进水阀打开，储液罐液位增加，如此循环。 2界面设计 2.1新建工程 打开组态王首先新建立工程“课程工程”，进入画面界面，进入画面界面，点击新 建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性。如图 1所示 图1建立工程 22主监控界面设计 打开“控制中心”画面，调用所需要的器件，然后调整好各器件的位置，进行相应 的管道连接，使得整个画面安排合理、紧凑。如图 2所示。 I 字凰 C0M1 COM2 COM3 悔 DDE 实时鶴吨 捱薛匚
图2储蓄罐液位自动控制系统主监控界面 2.3实时趋势曲线设计 新建画面，调用实时趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.4历史趋势曲线设计 新建画面，调用历史趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.5实时报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择实时报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.6历史报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择历史报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.7报表设计 新建画面，调用报表窗口，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 3数据字典设计 选中数据字典，然后双击新建来定义变量，按要求定义相应的变量，并注意其变量类型及其后续设置。最后结果如图3所示。
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制
目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献
一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；
四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。
1 概述 随着现代工业生产过程向着大型，连续和强化方面发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。次设计的关注的精馏塔就是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，对其的控制提出了较高的要求，其中对回流罐液位的调节影响着精馏塔顶部的压力及温度的平衡，起着对精馏过程中的缓冲及保护作用，对回流罐液位的调节对精馏过程的稳定进行起着不可忽视的作用，所以确定回流罐液位的控制方案是相当重要的。本次设计的总目标，就是在可能获得的条件下，以最经济的途径和方法监测及调节回流罐中的液位，所以需要在充分了解声场过程的工艺流程的基础上选择合适的控制方法，从而实现目标。 2 精馏塔的工艺流程 根据本次设计条件及要求，我们必须精馏及精馏塔有一定的了解。 精馏的基本原理是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离的目的的单元操作。蒸馏按其操作方法可分为：简单蒸馏,闪蒸，精馏和特殊精馏等。精馏塔是一种进行精馏的塔式气液接触装置，蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断的向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发（高沸点）组分不断的向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体作为残液取出。一般精馏装置由精馏塔，再沸器，冷凝器，回流罐等设备组成。 精馏塔是一个多输入多输出的多变过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而从能耗的角度来看，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备，因此，精馏塔的节能控制也是十分重要的。 下图是一典型的精馏塔结构图。
摘要 本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。在设计中用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了PID 液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID参数，同时得出了整定后的仿真曲线和实际曲线。主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析，FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。PLC在工业自动化中应用的十分广泛。PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。本设计就是基于PLC的PID算法对液位进行控制。PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。本次设计主要内容是利用提供的被控对象单容水槽和相关仪器仪表，设计液位控制系统，利用组态王软件编写控制算法实现控制系统的上位机监控。 关键词：组态王，液位控制，PID算法，过程控制
一、设计任务 (3) 二、实验目的 (3) 三、实验方案 (4) 四、实验过程 (5) 实验总结 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
一、设计任务： （1）液位监控：完成一个液位监控系统，要有流程图画面，报警画面，历史曲线、实时曲线、报表等个画面键可以灵活切换。 （2）通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。 设计要求 (1)根据液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 (2)运用组态软件，正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 二、实验目的： （1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 （2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。 （3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
课程设计(论文) 题目名称： 课程名称： 学生姓名： 学号： 学院： 指导教师：
课程设计任务书
目录 摘要 (4) 引言 (5) 1几种方案的比较 (6) 1.1 简单的机械式控制方式 (6) 1.2 复杂控制器控制方案 (6) 1.3通过水位变化上下限的控制方式 (6) 2水塔水位控制原理 (8) 3电路设计 (9) 3.1原件的介绍 (9) 3.2引脚功能 (10) 3.3 水位检测接口电路 (13) 3.4报警接口电路 (14) 3.5 存储器扩展接口电路.................. .. (14) 4系统软件设计 (15) 4.1 流程图 (15) 4.2程序 (16) 5实验仿真 (18) 6结语 (19)
7参考文献 (19) 摘要 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，水位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。 关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
储罐液位控制系统 ——计算机控制技术课程设计 ①核心：单片机89s52 ②片外扩展：8KB RAM存储器6264，I/O口扩展8155 ③转换器：ADC0809，DAC0832 ④锁存器等：74HC373，74H377，74HC245和3-8译码器74HC138 ⑤输入/输出部件：6个LED，4个按键 89S52的RD及PSEN用与门接在一起后送入6264的OE端，使得
6264既可以作为数据存储器，也可以作为程序存储器。 ①液位信号（电压值）从ADC0809的IN0引脚输入，A/D 转换后存储。 ②液位给定值由键盘设定，与液位信号比较得出偏差值。若超限，则报警，LED4现实P,同时以P1.0驱动报警器，以P1.1驱动蜂鸣器。 ③按达林算法计算控制器的输出值。 ④输出值经D/A 转换得到模拟电压值并输出。 ⑤液位信号的电压值经标度转换后，变为液位值存储,送LED 显示。 6
个LED显示如图a所示。LED5显示H或L,LED4为超限指示，LED3~LED0显示液位值，LED1数码管加小数点，显示围为000.0~999.9。 显示器与键盘设置 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 LED0 H 1 9 9. 5 ⑥键盘设定液位的高低报警限。采用4键方式，4个按键的功能如图b所示。显示与键盘循环扫描，无键按下时，LED显示实时液位，右键按下时，进入液位报警限的修改。先按选择键方可进入修改，先按其他3个键无效。进入修改状态后，待修改的显示位LED5闪动，按+或-键可循环选择H或L，同时后4位LED显示对应的液位值。按确认件后调到下一个待修改的显示为LED3并闪动，按+或-键循环修改0~9数字，再按确认键调到下一位置，如此进行，知道4个数字修改完毕后退出修改状态。在修改状态时，若不按确认键，则8秒后退出修改状态。从视觉舒适的角度考虑，数字应为每0.4秒闪动一次。 显示器与键盘设计 选择+ - 确定 ①数据采集：A/D转换，采样周期为10s。
自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩
单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。
自动化使用软件实训 专 业： 班 级： 姓 名： 任翠 学 号： 201108533 指导教师： 滕青芳 兰州交通大学自动化和电气工程学院 2014年04月17日 基于组态王的储液罐液位自动控制系统 1 任务要求 基于组态王的储液罐液位自动控制系统的要求：进水阀控制储液罐的水位，出水阀控制主液箱的水位，排气阀用于保持储液罐内的压强和外界压强一致 ，储液罐和主液 评语： 测试（70） 报告（30） 总成绩 动1101 自动化
箱设置的最大水位值为100。当储液罐水位<100时，出水阀打开，储液罐液位增加，直到水位达到100；当主液箱水位<100并且储液罐液位不等于0时，出水阀打开，主液箱水位增加，储液罐液位减少；当主液箱水位<100时，出水阀打开，主液箱液位增加，直到水位达到100；当用户打开水龙头时，主液箱液位减少，出水阀打开，储液罐液位减少，进水阀打开，储液罐液位增加，如此循环。 2 界面设计 2.1 新建工程 打开组态王首先新建立工程“课程工程”，进入画面界面，进入画面界面，点击新建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性。如图1所示。 图1建立工程 2.2 主监控界面设计 打开“控制中心”画面，调用所需要的器件，然后调整好各器件的位置，进行相应的管道连接，使得整个画面安排合理、紧凑。如图2所示。 图2 储蓄罐液位自动控制系统主监控界面
2.3 实时趋势曲线设计 新建画面，调用实时趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.4 历史趋势曲线设计 新建画面，调用历史趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.5 实时报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择实时报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.6 历史报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择历史报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.7 报表设计 新建画面，调用报表窗口，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 3 数据字典设计 选中数据字典，然后双击新建来定义变量，按要求定义相应的变量，并注意其变量类型及其后续设置。最后结果如图3所示。 图3 变量表 4 命令代码设计 命令代码设计见附录A。
摘要 在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。过程时间常数一般比较小。以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置! 本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。 液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。而其中应用最广泛的就是PID 控制器。 这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。学会建立了最初的四种模型。接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。 关键词：水箱液位；PID控制；串级控制；前馈控制；经验凑试法
目录 1引言 (1) 2 实验设备 (2) 2.1 THJ-FCS型或THJ-3型高级过程控制系统实验装置 (2) 2.2计算机及相关软件。 (6) 2.2.1 SIMATIC WinCC简介 (6) 2.2.2 监控界面 (7) 3 设备工作原理及运行过程 (8) 3.1 设备工作原理 (8) 3.2 控制系统流程图 (9) 3.3系统投运及步骤 (10) 4 参数整定与结果分析 (12) 4.1 参数整定 (12) 4.1.1 比例（P）调节 (12) 4.1.2 比例积分（PI）调节 (14) 4.1.3 比例积分微分（PID）调节 (17) 4.2 结果分析 (19) 总结 (20) 参考文献 (21)
扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日
一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法，以及各种校正装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
计算机控制技术课程设计储水罐液位计算机控制系统设计 学生姓名 学号 学院名称 专业名称 指导教师 2011年6月7日
目录 1.储水罐液位系统设计原理 0 1.1 本设计任务和主要内容 0 1.1.1设计任务 0 1.1.2主要内容 0 2.系统模型建立 (1) 2.1系统组成 (1) 2.2系统工作原理 (1) 2.3系统模型 (2) 3.硬件选择 (5) 3.1 液体压力传感器选择 (5) 3.2水泵选择 (5) 3.3微控制器的选择 (6) 3.3.1 80C51电源 (6) 3.3.2 80C51时钟 (6) 3.3.3 80C51 控制线 (6) 3.3.4 80C51 I/O接口 (7) 3.4 A/D转换器选择 (7) 4.硬件电路设计 (9) 4.1 80C51单片机外围电路设计 (9) 4.1.1 时钟电路 (9) 4.1.2 复位电路 (9) 4.2水泵驱动电路设计 (9) 4.2.1 继电器电路 (10) 4.2.2 双向晶闸管过零调功调速原理 (10) 4.2.3过零检测电路 (11) 4.2.4 双向晶闸管触发电路 (12) 4.3数码管电路 (12) 5.系统软件设计 (13) 5.1 软件设计流程图 (13) 5.2 软件主函数 (14) 5.3 软件水泵控制程序 (14) 6.结论 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)
附录1 (20) 附录3 (27) 附录4 (29)
1.储水罐液位系统设计原理 1.1 本设计任务和主要内容 1.1.1设计任务 本设计主要研究水箱水位自动控制系统。此系统实现了水位报警，水位实时显示。在2min 内达到并稳定在1m 水位高度，并且偏差在 10%。 1.1.2主要内容 被控系统为一储水罐。系统如图1-1所示，储水罐内为清水，下部设有出水管，流量记为Q2。储水罐通过水泵将清水池内的清水补入罐内，流量记为Q1，清水池内的水位可视为固定值2米（即在储水罐补水过程中液位不变化）。已知储水罐的截面积A=1平方米，高度H=2米，要求控制目标液位高度为1米。 当水箱水位低于1m 时，启动水泵，从清水池抽水供给给储水罐；当水箱水位高于1m 时水泵自动停止；当水箱水位高于1.8m 时外部报警灯自动点亮，手动复位控制系统。 清水池 储水罐 目标液位 高度 水泵 2 Q 1 Q 图1-1 储水罐系统
金陵科技学院课程设计目录 目录 绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误！未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误！未定义书签。
绪论 在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (8) 4.1校正前系统的传递函数的特征根 (8) 4.2校正后系统的传递函数的特征根 (10) 五系统动态性能的分析 (11) 5.1校正前系统的动态性能分析 (11) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图......... 错误!未定义书签。4 八系统的对数幅频特性及对数相频特性...... 错误!未定义书签。 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (27) 总结................................... 错误!未定义书签。8 参考文献................................ 错误!未定义书签。
在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。
基于组态王的水箱液位控制系统 1.引言 自动化软件在自动化产品的研发过程中有着举足重轻的地位，尤其在科学技术飞速发展的今天，自动化软件的应用越来越受到人们的重视。本文采用的自动化软件是北京亚控公司出品的组态王6.53，其软件包由工程浏览器（TouchExploer）、工程管理器（ProjMamager）和画面运行系统（TouchView）三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAKE和工程运行系统TOUCHVIEW来完成的。 本文利用组态王强大的组态功能和友好的人机界面实现了对供水系统中水塔和储水箱的实时监控，并且具有一定的工程应用价值。 2.系统需求分析及方案论证 2.1 系统需求分析 为了保证系统所需用水的供给，供水系统必须能够及时的对各种用水对象进行供水。这就要求水塔和储水箱的水位不能低于一定的下限以免断水对人们的正常生活所带来的影响，同时水塔和储水箱的水位又不能高于一定的上限，从而使得水资源可以合理的分配利用。如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。
2.2 系统方案论证 整个供水系统可以抽象为水塔和主水箱两个容器的液位控制。水塔的水来自地下水，主水箱的液位由水塔的水泵和主水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水和生活用水可以用其对应的储水箱的出水管道代替。这样系统就组态好了。 系统通过智能模块将液位的检测量采集到组态王对应变量中,由组态王统一管理给出系统各部分运行趋势、报表及报警事件,并通过与给定的液位设定比较来控制入水量，从而使液位保持在一定的范围之内。 本系统假定主水箱满液位为100，而水塔容量相对于主水箱来说应该大很多，为了明显起见，我们选水塔容量为500.当水塔液位低于100时水塔进水，主水箱液位低于20时水塔自动供水，高于90时供水关闭。由于工业用水和生活用水的需求相差比较大，所以给他们设定了不同的流速，并且它们的使用时随机的，顾没有对两储水罐的出水阀进行自动控制。应运程序代码如下: if(\\本站点\泵==1) {\\本站点\控制水流=8; \\本站点\水塔=\\本站点\水塔-8; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱+8; } else {\\本站点\控制水流=0; \\本站点\水塔=\\本站点\水塔; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱; } if(\\本站点\阀门1==1) {\\本站点\控制水流1=5; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱-5; } else \\本站点\控制水流1=0; if(\\本站点\主水箱>90) \\\本站点\泵=0; if(\\本站点\主水箱<20)
课程设计报告书 题目：电气传动自动控制系统 报告人：王宗禹 学号：1043031325 班级：2010级34班 指导教师：肖勇 完成时间：2013年7月日 同组人：王大松 秦缘 龚剑 电气信息学院专业实验中心
一．设计任务 1．设计目标： （1）系统基本功能：该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，系统在工作范围内能稳定工作 （2）已知条件： （3）稳态/动态指标:静态：s% ≤ 5% D = 3 动态：σi% ≤ 5% σn% ≤ 10% (4)期望调速性能示意说明:静差率小于5%，调速范围D=3. （5）系统电路结构示意图： 2.客观条件： （1）使用设备列表清单及主要设备功能描述： 二．系统建模（系统固有参数测定实验内容）
1.实验原理 （1）变流电源内阻Rn的测定： a.电路示意图如下： 可以等效如下： b.利用伏安法可以测出内阻R n的大小，方法是在电机静止，电枢回路外串限流电阻，固定控制信号 Uct 大小，0.5A≤Id ≤1A的条件下用伏安法测量Ud1，Id1和Ud2，Id2；利用公式可以求得Rn。 （2）电枢内阻 Ra、平波电感内阻 Rd的测定： a.电路示意图如下：
b.实验方法步骤： ◆电机静止，电枢回路外串限流电阻 ◆固定控制信号Uct 大小，Id ≈1A(额定负载热效点) ◆使电枢处于三个不同位置（如上图约120o对称）进行三次测量(Ura，Urd，Id)，求 Ra ， Rd 的平均值. (3)电动机电势转速系数 Ce的测定： a.实验原理： 由公式 可以推导出Ce的测定公式： b.实验方法步骤： ◆空载启动电机并稳定运行（I d0大小基本恒定） ◆给定两个大小不同的控制信号Uct ，测量两组稳定运行时的Ud、n数据 (4)整流电源放大系数 Ks的测定： a.实验原理： Ks可以根据公式Ud0=Ks*Uct可知Ks就是以Uct为横坐标Ud0为纵坐标的如下图曲线中线性段的斜率。故可以通过公式测定Ks.