基于MATLAB与力控的双容水箱串级控制

过程控制课程设计报告学生姓名学号教学院系电气信息学院专业年级自动化07指导教师完成日期2011年1月6日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MATLAB PID组态力控小组成员及学号本人工作任务详细说明●参与设计双容水箱串级控制系统，完成其运行效果；●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；●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；●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组态界面，创建实时数据库，制作相应动画连接；●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；●观看双容水箱串级控制系统运行效果图；●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 (1)1.1MATLAB设计 (1)1.2MATLAB设计任务 (1)1.3MATLAB设计要求 (1)1.4MATLAB设计任务分析 (2)1.5MATLAB设计内容 (5)1.5.1主回路的设计 (5)1.5.2副回路的设计 (6)1.5.3主、副回路的匹配 (6)1.5.4 单回路PID控制的设计 (7)1.5.5串级控制系统的设计 (11)第二章力控设计实验报告 (18)2.1力控设计 (18)2.2力控设计任务 (18)2.3制作工程画面 (18)2.4建立动画连接 (21)2.5力控软件与MATLAB的通信 (23)2.5.1服务器节点配置 (23)2.5.2.客户端节点配置 (25)2.6运行调试及参数整定 (28)2.7作品展示 (30)第三章串级控制设计报告任务说明书 ................................................................. 错误!未定义书签。

双容水箱液位控制系统设计matlab在MATLAB中设计双容水箱液位控制系统，可以使用控制系统工具箱来完成。

以下是一个简单的步骤：1. 创建模型：使用StateSpace函数创建一个双容水箱的状态空间模型。

该模型将包括液位和出流控制的状态变量。

2. 设计控制器：使用控制系统工具箱中的pidtuner函数来设计控制器。

pidtuner函数可以根据指定的性能指标，自动调整PID 控制器的参数。

3. 闭环模拟：使用sim函数对闭环系统进行模拟。

将控制器和系统模型连接起来，并通过输入信号来观察系统的响应。

4. 优化控制器：根据模拟结果，调整控制器的参数以优化系统的性能。

可以使用pidtuner函数的自动调整功能，也可以手动调整参数。

5. 验证性能：通过模拟和实际测试，验证系统的性能是否达到了预期的要求。

如果需要进一步优化，可以返回第4步。

下面是一个简单的示例代码，演示如何在MATLAB中设计和模拟双容水箱液位控制系统：```matlab% 创建模型A = [0 1; 0 -1];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);% 设计控制器controller = pidtuner(sys, "pid");% 闭环模拟t = 0:0.01:10;r = 0.5*ones(size(t)); % 设定值[y, t, x] = lsim(controller, r, t);% 绘制结果figureplot(t, y, "b", "LineWidth", 2)hold onplot(t, r, "r--", "LineWidth", 2)xlabel("Time (s)")ylabel("Level")legend("Output", "Reference")% 优化控制器controller = pidtuner(sys, "pid", controller); % 验证性能[y, t, x] = lsim(controller, r, t);% 绘制结果figureplot(t, y, "b", "LineWidth", 2)hold onplot(t, r, "r--", "LineWidth", 2)xlabel("Time (s)")ylabel("Level")legend("Output", "Reference")```这个例子演示了使用PID控制器来控制双容水箱液位。

目录摘要 (1)Abstract: (2)1 概述 (3)1.1 过程控制介绍 (3)1.2 液位串级控制系统介绍 (4)1.3 MATLAB软件介绍 (4)1.4 MCGS组态软件介绍 (5)2 被控对象建模 (7)2.1 水箱模型分析 (7)2.2 阶跃响应曲线法建立模型 (7)3 系统控制方案设计与仿真 (13)3.1 PID控制原理 (13)3.2 系统控制方案设计 (15)3.2 控制系统仿真 (16)4 建立仪表过程控制系统 (20)4.1 过程仪表介绍 (20)4.2 仪表过程控制系统的组建 (21)4.3 仪表过程控制系统调试运行 (24)5 建立计算机过程控制系统 (26)5.1 计算机过程控制系统硬件设计 (26)5.2 MCGS软件工程组态 (28)5.3 计算机过程控制系统调试运行 (38)6 结论 (40)双容水箱液位串级控制系统的设计摘要：本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。

在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。

首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。

其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。

然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。

最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。

关键词：液位模型 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统1.2液位串级控制系统介绍在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。

在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。

通过液位的检测与控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。

基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计摘要：本文基于MATLAB，设计了一个双容水箱液位控制系统。

首先，介绍了控制系统的背景和目标。

然后，系统的数学模型被建立，并通过MATLAB进行了模拟。

接下来，设计了控制器和观测器，并进行了系统的闭环控制。

最后，通过实验验证了系统性能的有效性。

1.引言水箱液位控制是许多工业和民用领域常见的问题之一、传统的液位控制方法通常有许多局限性，例如精度不高、控制响应慢等。

因此，设计一种高性能的液位控制系统对实际应用非常重要。

本文基于MATLAB，设计了一种双容水箱液位控制系统，旨在提高控制精度和响应速度。

2.系统建模首先，建立了双容水箱的数学模型。

假设水箱内的水可以视为不可压缩和不可挤压的流体，使用连续性方程和质量平衡方程来描述液位的变化。

然后，使用传感器和反馈控制器来测量和控制液位。

最后，利用MATLAB进行模拟，验证了该数学模型的准确性。

3.控制器设计为了提高系统的控制性能，设计了一个PID控制器。

PID控制器包括比例、积分和微分三个部分，分别用于校正偏差、消除静差和抑制振荡。

通过调整PID的参数，优化了系统的控制性能。

4.观测器设计为了实时监测液位变化，设计了一个观测器。

观测器根据已知的控制输入和输出，估计状态变量的值。

在双容水箱液位控制系统中，使用了一种基于卡尔曼滤波器的观测器，为系统提供了准确的状态估计。

5.闭环控制将控制器和观测器与水箱液位控制系统相结合，形成一个闭环控制系统。

通过控制器的输出控制水泵的速度，实现对液位的控制。

通过观测器的输出估计液位的值，为控制器提供准确的反馈。

6.实验验证通过实验验证了设计的双容水箱液位控制系统的有效性。

将系统置于实际工作环境中，测量液位的变化，并与理论模型进行比较。

实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和响应速度。

7.结论本文基于MATLAB，设计了一个双容水箱液位控制系统。

通过系统建模、控制器设计和观测器设计，实现了对液位的精确控制。

基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计双容水箱液位控制系统是一种常见的控制系统，用于控制水箱中液位的稳定性。

这个系统的主要目标是保持水箱中的液位在一个提前设定好的范围内。

在这篇文章中，我们将基于MATLAB来设计和实现一个双容水箱液位控制系统。

首先，我们需要定义系统的输入和输出。

在这个系统中，输入是水箱中的水流量，输出是水箱中的液位。

我们假设系统中的水流量是恒定的，并且可以通过控制阀门的开关来改变流量。

接下来，我们需要建立双容水箱液位控制系统的数学模型。

对于这个系统，我们可以使用连续时间的均衡方程来描述液位的变化。

假设水箱中的两个容器分别为C1和C2，它们之间通过阀门进行连接。

液位的变化是由水的流入和流出速度之间的差异决定的。

我们可以用下面的方程来表示两个容器液位变化的速度：C1 * dh1/dt = Qin - q12 - q01C2 * dh2/dt = q12 - q02其中，C1和C2分别表示两个容器的容积，dh1/dt和dh2/dt表示液位的变化速率，Qin表示系统输入的水流量，q12表示C1到C2的流出速度，q01表示C1的流出速度，q02表示C2的流出速度。

我们可以通过求解这个方程组来得到系统的状态空间表示。

为了简化推导，我们假设液位变化的速率很快，即dh1/dt≈0和dh2/dt≈0。

在这种情况下，我们可以得到一个简化的状态空间表示：x=(h1,h2)u = (Qin, q01, q02)其中，x是系统的状态向量，包括两个容器的液位，u是系统的控制输入向量，包括系统的输入流量和阀门的开关。

接下来，我们需要设计一个合适的控制器来控制系统的输出液位。

在这里，我们选择使用PID控制器。

PID控制器通过调整控制输入u来控制输出液位。

PID控制器的输出是根据系统的误差信号计算得到的。

在这里，误差信号是目标液位与实际液位之间的差异。

PID控制器通过比例增益、积分增益和微分增益来调整控制输入，以最小化误差信号。

课程设计报告基于力控和Matlab双容、多容水箱控制系统仿真目录1. 设计题目 (32. 设计任务 (33. 设计要求 (34.设计任务分析 (35.设计容 (45.1双容、多容水箱系统的数学建模 (45.1.1双容、多容水箱系统机理模型 (45.1.2双容、多容水箱系统模型的参数辨识 (55.2双容、多容水箱系统数学建模的仿真 (75.2.1控制系统仿真环境 (75.3双容、多容水箱系统数学建模的参数整定 (11 5.3.1 PID控制算法的参数整定 (115.4双容、多容水箱前馈反响控制系统的仿真分析 (14 5.5运用力控组态软件对系统进展设计分析 (175.5.1I/O点收集及表单 (175.5.2创立实时数据库 (185.5.3制作双容液液位控制系统主画面 (195.5.4力控控制策略的运用 (216实习心得 (22参考文献 (231. 设计题目双容水箱液位前馈反响控制系统设计。

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。

试设计前馈反响控制系统以维持下水箱液位的恒定。

1图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1上下水箱高都约为16m,具体几何尺寸不详,需仿真实验建模;2进水量最大为16平方米/小时,调节阀前后压差最大为3.2Mpa;3进水量的扰动为主要扰动。

4.设计任务分析1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展仿真(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展仿真,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,对仿真结果进展评述;3针对该受扰的液位系统设计前馈反响控制方案,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展仿真,并对仿真结果进展评述。

课题基于Matlab和Simulink可视化水箱系统控制目录插图清单 (II)摘要 (III)Abstract ......................................................................................................................................... I V 第1章控制系统仿真描述...................................................................................................... - 5 -1.1系统控制仿真........................................................................................................... - 5 -1.2控制系统的MATLAB计算与仿真 .................................................................... - 5 -第2章过程控制简介.............................................................................................................. - 6 -2.1过程控制定义.............................................................................................................. - 6 -2.2 过程控制目的............................................................................................................. - 6 -2.3 过程控制特点............................................................................................................. - 6 -2.4 过程控制发展与趋势................................................................................................. - 6 -第3章水箱液位控制系统的原理.......................................................................................... - 8 -3.1人工控制和自动控制.................................................................................................. - 8 -3.2水箱液位控制系统原理框图...................................................................................... - 8 -3.3水箱液位控制系统数学模型...................................................................................... - 9 -3.4 水箱液位控制系统的组成........................................................................................- 11 -第4章PID控制简介及其整定方法.................................................................................... - 13 -4.1 系统主程序流程图的设计....................................................................................... - 13 -4.2PID调节的各个环节及其调节过程 .............................................................. - 15 -第5章双容水箱液位控制系统设计.................................................................................... - 17 -5.1 双容水箱结构........................................................................................................... - 17 -5.2 MATLAB 设计系统分析 ..................................................................................... - 18 -5.3双容水箱液位控制系统设计.................................................................................... - 19 -5.4 MATLAB设计内容 .................................................................................................. - 19 -结论和展望.............................................................................................................................. - 27 -致谢.................................................................................................................................. - 29 -插图清单图3-1水箱液位控制系统示意图............................................................................................. - 8 -图3-2 简单控制系统常用的框图............................................................................................ - 9 -图3-3 水箱液位控制系统原理框图........................................................................................ - 9 -图3-4水箱液位过程图及其阶跃响应曲线............................................................................. - 9 -图4-1单位负反馈控制系统.................................................................................................. - 13 -图4-2模拟量闭环控制系统.................................................................................................. - 14 -图5-1双容水箱结构图.......................................................................................................... - 17 -图5-2串级控制的双容液位过程.......................................................................................... - 18 -图5-3单回路闭环系统控制系统框图.................................................................................. - 19 -图5-4无干扰单回路 MATLAB 仿真框图.............................................................................. - 20 -图5-5单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 20 -图5-6单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 21 -图 5-7单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................... - 21 -图5-8单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 21 -图 5-9单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................... - 22 -图5-10单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图.............................................................. - 22 -图 5-11单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................. - 22 -图 5-12单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................. - 23 -图 5-13有干扰单回路MATLAB仿真框图............................................................................. - 23 -图 5-14有干扰单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................. - 23 -图 5-15有噪声串级控制系统的MATLAB仿真框图............................................................. - 24 -图 5-16有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 24 -图 5-17有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -图 5-18有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -图 5-19有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -基于Matlab和Simulink的可视化水箱系统控制摘要随着工业生产的快速发展，工业上离不开可视化水箱的液面控制系统。

双容水箱液位控制系统设计matlab
在MATLAB中设计双容水箱液位控制系统，可以遵循以下步骤： 1. 建立系统模型：根据双容水箱液位控制系统的物理特性，建立系统的数学模型。

可以使用差分方程、传递函数或状态空间模型表示系统的动态行为。

2. 设计控制器：选择合适的控制策略，如比例-积分-微分（PID）控制器。

根据系统模型和控制目标，调整控制器的参数以实现所需的控制性能。

3. 进行系统仿真：使用MATLAB提供的仿真工具，如Simulink，搭建双容水箱液位控制系统的仿真模型。

将系统模型和控制器模型连接起来，设置仿真参数，运行仿真并观察系统的响应。

4. 优化控制器：根据仿真结果，对控制器进行调整和优化，以改善系统的稳定性和性能。

可以尝试不同的控制策略和参数组合，比较它们的效果，并选择最佳的控制器配置。

5. 验证控制器：在实际系统中验证优化后的控制器。

将控制器实施到双容水箱液位控制系统中，监测系统的实际响应，并对控制器进行进一步调整和优化。

通过以上步骤，可以设计和优化双容水箱液位控制系统，并在MATLAB环境中进行仿真和验证。

这样可以大大减少实际试错的成本和风险，并提高系统的稳定性和性能。

基于MATLAB的双容水箱液位PID控制基于MATLAB的双容水箱液位PID控制姓名：张冬磊＿＿＿＿＿＿＿班级：自动化1309班＿＿＿＿学号：20137675＿＿＿＿＿＿＿日期：—基于MATLAB的双容水箱液位PID控制摘要控制系统的计算机仿真是一门涉及理论、计算数学与计算机技术的综合性学科。

控制系统的计算机仿真以控制系统的模型为基础，采用数学模型代替实际的控制系统的控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。

本文是对双容水箱的PID液位控制系统的仿真，主要内容包括：对水箱的特性确定，建立液位控制系统的水箱数学模型，设计出了串级控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。

用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，调节器分别采用P、PI、PD、PID控制系统，通过仿真比较了各控制器的不同之处，以及各个参数的控制作用和性能的比较，对得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变法对系统性能的影响。

关键字：MATLAB/Simulink PID 液位控制系统目录摘要 (I)一绪论 (1)1.1 过程控制概述 (1)1.2 过程计算机控制系统概述 (1)1.3 PID控制器概述 (2)1.4 MATLAB软件介绍 (3)二控制系统建模 (4)三 PID调节参数整定及MATLAB仿真 (6)3.1 P调节 (6)3.2 PI调节 (10)3.3 PD调节 (14)3.4 PID调节 (17)四结论 (22)参考文献 (23)一绪论1.1 过程控制概述过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。

一个过程控制系统是由被控过程和过程检测仪表两部分组成的。

过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀等。

过程控制系统的设计是根据工业过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。

基于MATLAB的多容对象液位控制系统仿真毕业设计摘要：本文基于MATLAB软件，设计了一个基于PID串级控制的多容对象液位控制系统仿真模型。

该系统由两个水箱和一个液位控制器组成，通过PID控制器对水箱流量进行调控，实现了液位的稳定控制。

通过对系统的建模和仿真，评估了PID控制器的性能，验证了系统的控制效果。

结果表明，PID串级控制能够实现对多容对象液位的稳定控制。

1.引言液位控制是工业生产过程中常见的一项控制任务，如石化、化工等领域对液位的控制要求较高。

PID控制器是一种常用的控制算法，在液位控制中有广泛应用。

PID串级控制是通过级联连接两个PID控制器，实现对多容对象液位的控制。

本文基于MATLAB软件，设计了一个基于PID串级控制的多容对象液位控制系统仿真模型。

通过对系统的建模和仿真，评估了PID控制器的性能，验证了系统的控制效果。

2.系统建模系统由两个水箱和一个液位控制器组成。

液位控制器通过调节两个水箱的流量，控制水位的高低。

水箱的模型可表示为一阶惯性过程，液位的变化速度与流量成正比。

控制器的模型采用PID算法进行控制调节。

3.仿真结果分析通过对系统进行仿真，得到了液位随时间的变化曲线。

分析结果显示，PID串级控制对水箱液位的控制效果较好，能够实现液位的稳定控制。

同时，通过调整PID控制器的参数，可以进一步提高系统的控制性能。

4.总结与展望本文基于MATLAB软件，设计了一个基于PID串级控制的多容对象液位控制系统仿真模型，并对系统进行了仿真分析。

结果表明，PID串级控制能够实现对多容对象液位的稳定控制。

未来的研究可以进一步优化PID控制器的参数，提高系统的控制性能，同时可以研究其他控制算法在液位控制中的应用。