过程控制与集散系统课程设计—双容水箱

滨江学院计算机综合控制实验题目A3000过程控制实验院系滨江学院自动控制系专业电气工程与自动化学生姓名* * *学号20090000000指导教师郭伟目录一、PID控制原理二、被控对象的分析三、PID参数整定方法四、单、双容控制结构图五、仿真结果与分析六、结束语七、参考文献摘要本论文的目的是设计单、双容水箱液位串级控制系统。

在设计中充分利用计算机控制技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。

作为一个过程控制实验装置，单、双容水箱液位控制系统具有强大的实验功能，不仅可以实现单入单出一阶对象、二阶对象、和非线性双入双出对象，而且还可以作为一种多功能型实验设备去验证各种工业过程的控制算法。

针对双容水箱大滞后系统，采用PID方法去控制。

首先对PID控制中各参数的作用进行分析，采用根轨迹校正、伯德图校正的方法，对系统进行校正。

最后采用调整系统控制量的模糊PID控制的方法，对该二阶系统进行控制。

关键词 : 单、双容水箱串级控制 PID 控制一、PID控制原理当今的自动控制技术绝大多数部分是基于反馈。

反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。

测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此偏差来纠正和调节控制系统的响应。

反馈理论及其在自动控制的应用的关键是：作出正确的测量与比较后，如何将偏差用于系统的纠正和调节。

在过去的几十年里，PID控制，即比例-积分-微分控制在工业控制中得到了广泛的应用。

虽然各种先进控制方法不断涌现，但PID控制器由于结构简单，在实际应用中较易于整定，且具有不需精确的系统模型等优势，因而在工业过程控制中仍有着非常广泛的应用。

而且许多高级的控制技术也都是以PID控制为基础的。

下面是典型的PID控制系统结构图图1-1其中PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。

（1）比例（P）调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

双容水箱串级控制系统设计设计总说明液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题, 例如在饮料、食品加工、溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。

双容水箱串级控制在工业过程控制中应用非常广泛。

在水箱水位的控制中，液体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。

本次设计采用串级控制，可以有效调节过程动态性能，大大克服系统的容积延迟。

采用PID控制器对模型进行整定以达到理想的控制效果。

选用PLC作为现场的控制设备,用于数据采集和控制，通过组态软件对整定过程及曲线进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。

关键词：双容水箱，PID,串级控制，组态王，PLCOuble Let Tank Cascade Control System DesignDesign DescriptionLiquid level control problem is a kind of common industrial production process, For example in beverage, food processing, chemical production, the solution of the production process were industry needs to properly control level.Cascade double-capacity water tank in industrial process control is used widely. In the control of water tank, the advanced water tank, who first and then through the second tank, compared with a tank, due to the increased a tank, is the response time is more backward step, that is, causing the delay in volume of the process is difficult to control.This design uses cascade control, can regulate the process effectively, greatly overcome system dynamic performance of volume. Adopts PID controller in order to achieve the ideal of setting control effect to model. Choose a scene of PLC control device for data acquisition and control, Through the kingview software for setting process and the curve of the real-time monitoring, until it reaches the main circuitd and the vice loop optimal setting parameters.Key words: Double-capacity Water Tank, PID, cascade control, kingview, PLC目录1绪论 (1)1.1PLC技术 (1)1.2组态技术 (3)1.3 PID算法 (3)2设计背景 (5)2.1设计内容及原理 (5)2.2系统软硬件组成 (5)2.2.1硬件组成 (5)2.2.2软件组成 (5)3串级控制系统介绍 (6)3.1串级控制系统的定义及组成 (6)3.2串级控制系统的设计思路 (6)3.3串级控制系统的参数整定 (7)3.4串级控制系统的工业应用 (8)4西门子s7-200系列PLC介绍 (10)4.1西门子s7-200系列PLC简介 (10)4.2西门子s7-200系列PLC的组成 (10)5组态软件介绍 (12)5.1组态的基本概念 (12)5.1.1组态的含义 (12)5.1.2数据采集的方式 (12)5.1.3脚本的功能 (12)5.1.4组态软件的开放性 (13)5.1.5组态软件的可扩展性 (13)5.1.6组态软件的控制功能 (13)5.2.组态软件特点 (13)5.3系统的设计与实现 (14)6系统设计 (15)6.1对象选择及其工作原理 (15)6.2调节器的选择及其正反作用的确定 (15)6.3传感器、变送器、执行器的选择 (16)6.4系统的参数整定 (16)6.5 S7-200系列PLC的CPU模块选择 (17)6.6设备清单 (17)7 PLC设计流程 (19)7.1系统设计基本步骤 (19)7.2系统设计流程图 (19)8组态王的设计 (21)8.1组态王的制作的基本过程 (21)8.2组态王画面的制作 (23)9系统调试 (27)9.1组态软件调试 (27)9.2整体调试 (27)总结 (28)致谢 (29)附录双容水箱串级控制程序 (31)1绪论液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食品加工，溶液过滤、工生产等多种行业的生产加工过程当中都需要对液位进行适当的控制。

双容水箱液位流量串级控制系统设计一、系统结构1.水箱：系统中最重要的元件之一，用于存储和供应水资源。

2.控制阀：用于调节水箱出口的流量，根据传感器检测到的液位信号来控制阀门的开度。

3.液位传感器：用于检测水箱内部的液位变化，并将其转换为电信号供控制系统使用。

4.流量传感器：用于检测水箱出口的流量，并将其转换为电信号供控制系统使用。

5.控制器：整个系统的核心部分，根据传感器采集到的液位和流量信号，通过控制阀门的开度来调节水箱的液位和流量。

二、系统设计1.控制策略的选择：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略一般选择PID控制算法。

PID控制器可根据传感器采集到的控制量和设定值之间的误差来调节阀门的开度，实现液位和流量的闭环控制。

2.系统参数的确定：首先需要确定水箱的容积和液位范围，以便合理地选择传感器的量程。

然后需要根据水箱的工作条件和流量要求来确定控制阀的参数，如最大流量、最小可调节流量等。

3.传感器的选择与安装：根据系统的要求和工作环境的特点，选择适合的液位传感器和流量传感器，并将其正确安装在水箱中。

液位传感器一般安装在水箱的顶部，流量传感器安装在水箱的出口处。

4.控制器的设计与配置：根据系统需求和控制策略的选择，选择适合的PID控制器，并按照系统参数进行配置。

控制器应具备良好的控制性能和稳定性，能够根据传感器采集到的信号及时调节阀门的开度。

5.控制策略的调整与优化：系统设计完成后，需要通过实际的试验和调整来优化控制策略，提高系统的控制性能。

可以通过调整PID控制器的参数来实现系统的稳定运行和准确控制。

6.故障检测与保护措施：在设计系统时，应考虑到可能发生的故障，如传感器故障、控制阀失效等，并设计相应的故障检测和保护措施，以确保系统的安全可靠运行。

三、系统应用总结：双容水箱液位流量串级控制系统是一种重要的控制系统，在工业生产中起到关键作用。

其设计需要根据实际需求和系统参数进行合理设置，并通过优化控制策略来实现系统的稳定运行和优质控制效果。

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
在双容水箱液位串级控制系统中，通常有两个水箱，分别称为主水箱
和副水箱。

主水箱通常是较大的水箱，副水箱是较小的水箱。

系统的目标
是保持主水箱和副水箱的液位稳定在设定值附近。

系统的控制过程可以分为以下几个步骤：
1.流程测量：系统通过测量主水箱和副水箱的液位，获取当前的液位
信号。

2.控制计算：根据测量值和设定值，计算需要调节的阀门开度。

3.阀门控制：根据计算结果，控制阀门的开度，调节水的流入和流出
速度，以实现液位的控制。

4.反馈调整：根据阀门控制后的效果，不断调整阀门开度，使液位稳
定在设定值附近。

在实际的设计中，双容水箱液位串级控制系统通常采用PID控制器来
实现。

PID控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。

比
例部分根据偏差的大小进行调整，积分部分根据偏差的持续时间进行调整，微分部分根据偏差的变化速率进行调整。

通过不断调整PID参数，实现系
统的稳定性和响应速度的平衡。

另外，在实际的设计中，还需要考虑到系统的动态响应、稳定性、静
差和抗干扰性等因素。

可以采用仿真软件进行系统的建模和分析，优化系
统的设计参数。

总之，双容水箱液位串级控制系统作为一种常见的控制系统，在工业、农业和民用领域有着广泛的应用。

通过合理设计和调节控制参数，可以实
现液位的稳定控制，提高系统的稳定性和安全性。

同时，与实际的实验和仿真相结合，可以进一步优化系统的设计和控制策略。

毕业设计双容水箱实验教学仿真系统开发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。

作为一个过程控制实验装置，双容水箱液位控制系统具有强大的实验功能，不仅可以实现单入单出一阶对象、二阶对象、和非线性双入双出对象，而且还可以作为一种多功能型实验设备去验证各种工业过程的控制算法。

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，设计PID 控制器，在 Matlab/Simulink 环境下建立双容水箱控制的仿真模型，对 PID控制算法进行仿真研究，通过仿真实验，证明该设计方法可行性和该算法的正确正确性。

关键词 : 双容水箱, 实验法建模, PID 控制DOUBLE LET WATER TANK EXPERIMENT TEACHING SIMULATION SYSTEM DEVELOPMENT DESIGNABSTRACTThe purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicator technique, the computer technique, the communication technique and the automatic control technique in order to realize concatenation control of water tank's liquid. As a process control experiment device, double let water tank level control system has strong experiment function: can not only realize and single-output first-order object, and the second object, and nonlinear double into double the object, but also can serve as a kind of functional laboratory equipment to test various industrial process control algorithm.First, I carry out the analysis of the controlled objects' model, and use the experimental method to calculate the transfer function of the model. Next，PID controller is designed in Matlab / Simulink environment to establish control of two-tank simulation model，Simulation of the PID control algorithm is studied through simulation experiments show the feasibility of the design method and the algorithm is correct.KEYWARDS：the double capacity water tank, experiment modeling, PID control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1课题提出背景 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (2)1.3 过程控制的发展过程 (3)1.3.1 过程控制的发展 (3)1.3.2 过程控制策略与算法的进展 (4)1.3.3 传统过程控制存在的问题 (5)1.3.4 过程控制的发展趋势 (5)1.4 控制理论的发展 (5)1.5 研究目的 (7)1.6 本章小结 (7)2双容水箱的数学建模 (8)2.1 数学模型的介绍 (8)2.1.1数学模型的定义 (8)2.1.2数学模型建立方法 (8)2.2 双容水箱数学模型建立 (9)2.2.1双容水箱总体结构及工作原理的分析与介绍 (9)2.2.1.1双容水箱系统的总体结构 (9)2.2.1.2单入单出的一阶系统对象的结构 (10)2.2.1.3单入单出的二阶系统对象的结构 (11)2.2.1.4 双容水箱系统的特点 (11)2.2.2 双容水箱实验台 (11)2.2.3双容水箱系统的特点 (12)2.2.4 被控对象数学模型推导 (13)2.2.4.1单容水箱数学模型 (13)2.2.4.2双容水箱数学模型 (15)2.2.4.3双容水箱系统模型的参数辨识 (17)2.3 本章小结 (17)3 PID控制理论与参数整定 (18)3.1 PID控制理论的发展与现状 (18)3.2 PID控制原理及特点 (18)3.2.1 PID控制器工作原理 (18)3.2.2 PID控制器的特点 (20)3.3 PID控制器的参数整定 (20)3.3.1 经验试凑法 (21)3.3.2 临界比例度法 (21)3.3.3 衰减曲线法 (21)3.4 PID参数对系统性能的影响 (22)3.5 本章小结 (22)4控制系统设计 (23)4.1 控制系统性能指标 (23)4.2 控制方案选择 (23)4.3 串级控制系统的组成 (23)4.4 双容水箱串级控制系统的设计 (24)4.4.1主、副回路设计 (25)4.4.2 主、副变量设计 (25)4.4.3操作变量设计 (25)4.4.4 主、副控制器设计 (25)4.4.5 控制器参数整定 (26)4.4.5.1 整定过程 (27)4.4.6 控制系统抗扰动能力测试 (32)4.5 本章小结 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1绪论1.1课题提出背景随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。

《过程控制系统设计》课程设计报告姓名:学号: XXXXXX 班级: XXXXXXXX 指导老师:设计时间:2014年 1月 11日 ~1月 15日第一部分双容水箱液位串级 PID 控制实物实验时间:同组人:一、实验目的1、进一步熟悉 PID 调节规律2、学习串级 PID 控制系统的组成和原理3、学习串级 PID 控制系统投运和参数整定二、实验原理(画出“ 系统方框图” 和“ 设备连接图”1、实验设备:四水箱实验系统 DDC 实验软件、四水箱实验系统 DDC 实验软件2、原理说明:控制系统的组成及原理一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值,这样连接起来的两个控制器称为“串级” 控制器。

两个控制器都有各自的测量输入, 但只有主控制器具有自己独立的设定值, 只有副控制器的输出信号送给被控对象, 这样组成的系统称为串级控制系统。

本仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图 1所示:图 1 双容水箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量:y1称主变量。

使它保持平稳使控制的主要目的副变量:y2称副变量。

它是被控制过程中引出的中间变量主对象:下水箱;副对象:上水箱主控制器:PID 控制器 1,它接受的是主变量的偏差 e1,其输出是去改变副控制器的设定值副控制器:PID 控制器 2,它接受的是副变量的偏差 e2,其输出去控制阀门主回路:若将副回路看成一个以主控制器输出 r2为输入,以副变量 y2为输出的等效环节,则串级系统转化为一个单回路,即主回路。

副回路:处于串级控制系统内部的,由 PID 控制器 2和上水箱组成的回路串级控制系统从总体上看, 仍然是一个定值控制系统, 因此, 主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。

但是串级控制系统和单回路系统相比, 在结构上从对象中引入一个中间变量(副变量构成了一个回路,因此具有一系列的特点。

串级控制系统的主要优点有:1 副回路的干扰抑制作用:发生在副回路的干扰,在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2 主回路响应速度的改善:副回路的存在,使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小, 从而改善了主回路的相应速度3 鲁棒性的增强:串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4 副回路控制的作用:副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见,串级控制是改善调节过程极为有效的方法,因此得到了广泛的应用。

自动控制课程设计总结报告《双容水箱系统的建模、仿真与控制》分组号码：第I - 16小组学生姓名：2015年 7月25日目录第1章引言 (2)1.1 课程设计的意义与目的 (2)1.2 课程设计的主要内容 (2)1.2.1经典控制部分 (3)1.2.2现代控制部分 (4)1.3 课程设计的团队分工说明 (4)第2章双容水箱系统的建模与模拟 (5)2.1 二阶水箱介绍 (5)2.2 控制系统设计过程 (5)2.2.1 建立机理模型 (9)2.2.2 系统辨识模型建立 (9)2.2.3对模型进行仿真 (9)2.2.4 物理模拟模型 (10)第3章双容水箱控制系统的构建与测试 (12)3.1 控制系统基本构建框架 (12)3.2 ADAM-4024与ADAM-4117 (12)3.2.1 D/A转换器ADAM-4024 (12)3.2.2 A/D转换器ADAM4117 (13)3.3 双容水箱控制系统的测试 (16)第4章双容水箱的控制与仿真分析——经典控制部分 (18)4.1采用纯比例控制 (18)4.2采用比例积分控制 (22)4.3采用PID控制 (26)4.4串联校正环节 (29)4.5采样周期影响及滞后系统控制性能分析 (34)第5章双容水箱的控制与仿真分析——现代控制部分 (36)5.1状态空间模型建立 (36)5.2状态空间模型分析 (37)5.3状态反馈控制器设计 (39)5.4状态观测器设计 (41)5.5基于状态观测的反馈控制器设计 (45)第6章总结 (47)6.1 课程设计过程的任务总结与经验收获 (47)6.1.1成员：齐若森 (47)6.1.2成员：安迪 (49)6.2 课程设计中的不足和问题分析 (52)6.2.1成员：齐若森 (50)6.2.2成员：安迪 (52)6.3 对课程设计的建议.................................. 错误!未定义书签。

双容水箱液位控制系统设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN摘要本设计以JBS-GK04型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。

通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。

利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。

在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，实现计算机与现场设备之间的数据交换。

利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。

在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。

实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。

关键词: 液位；PID 控制；组态软件；参数整定AbstractThe design is based on the JBS-GK04 type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords: LevelPID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 ......................................................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要双容水箱液位控制系统广泛应用于食品生产、工业化工等各个领域。

双容液位控制系统具有非时变、滞后等特点，根据这一特点，分别应用了PID控制、模糊控制等控制策略。

基于对过程控制实验装置的了解，建立了过程实验装置与西门子PLC的硬件连接。

然后，基于PLC实现了过程实验装置双容液位控制系统的设计，并对实验结果进行了对比分析。

在此基础上，基于OPC接口技术，建立西门子PLC与MATLAB 软件的数据通讯。

进而，采用模糊控制算法应用MATLAB软件中的模糊控制工具箱，实现了对过程实验装置双容液位的控制。

最后，对实验结果进行了对比分析，得出了模糊控制算法在双容液位控制系统中应用的优点。

关键词：双容液位；PLC；PID控制；模糊控制Process control device of Liquid Level Control System DesignABSTRACTTwin-tank water level control system is widely used in various fields such as food production, industrial chemicals. Liquid Level control system with a non-time-varying characteristics of the lag, according to this feature, each application of the PID control, fuzzy control and other control strategies.Based on the process control device of understanding, the course of the experiment apparatus connected to a Siemens PLC hardware. Then, based on PLC achieved during experimental apparatus Liquid Level Control System, and the experimental results were compared and analyzed. On this basis, based on the OPC interface technology, establish data communication Siemens PLC with MATLAB software. Furthermore, the use of the experimental device for Liquid Level Process Control Fuzzy Control MATLAB software fuzzy control toolbox achieved. Finally, the experimental results were compared and analyzed, we obtained advantages of fuzzy control algorithm in Liquid Level Control System.Key Words：Liquid Level; PLC; PID Control; Fuzzy Control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1过程控制系统研究现状 (2)1.2.2双容液位控制概论 (3)1.2.3模糊控制研究现状 (4)1.3本文研究内容 (5)第2章过程实验装置的双容液位系统 (6)2.1装置介绍 (6)2.2对象特性分析 (9)2.3控制需求分析 (9)第3章过程实验装置的双容液位控制系统设计 (11)3.1 控制系统设计 (11)3.2 基于PLC的双容液位控制 (12)3.2.1PLC控制程序 (13)3.2.2PID参数整定 (15)3.2.3 传递函数的求解与OPC的连接 (15)3.3 实验结果分析 (22)3.4小结 (25)第4章基于PID的Matlab和模糊控制仿真 (27)4.1数据通讯系统 (27)4.2基于 PID控制器的模糊控制系统设计 (29)4.2.1模糊控制器的编写 (29)4.2.2模糊控制器的编写 (30)4.2.3模糊控制仿真设计 (37)4.3实验结果对比分析 (40)第5章总结 (44)参考文献 (45)附录A 附录内容名称 (46)致谢 (49)第1章绪论1.1选题的背景及意义双容水箱在工业生产过程中极其常见，是工业生产常用的控制设备之一。

“过程控制系统计”实物实验报告实验名称：双容水箱液位PID控制实验姓名：学号：班级：指导老师：同组人：实验时间：2013 年05 月23 日一、实验目的1,学习双容水箱液位PID控制系统的组成和原理2,进一步熟悉PID的调节规律3,进一步熟悉PID控制器参数的整定方法二、实验设计（画出“系统方框图”和“设备连接图”）三、实验步骤1、进入实验运行四水箱实验系统DDC 实验软件，进入首页界面，选择实验模式为“实物模型”。

单击实验菜单，进入双容水箱液位PID控制实验界面。

2、选择控制回路ａ）选择控制对象在实验界面的“请选择控制回路”选择框中选择控制回路，从两个回路中任选一个。

这里，我们选择“水箱1 和３”作为控制回路，此时只有水箱1 的PID控制器是有效的。

ｂ）控制回路构成根据选择的控制对象，调节相应的进水阀状态。

以“水箱1和３”对象为例，此时需打开水箱１和３的对应阀门，关闭其它进水阀，从而构成双容PID控制回路。

具体的设置方式请参考《单容水箱特性测试实验》的实验步骤4。

3、选择PID控制器的工作点ａ、PID控制器设置成手动方式假定我们选择了“水箱1和３”构成的控制回路，则相应地设置水箱1 的控制器。

单击实验界面中的“水箱1 液位控制器”标签，打开控制器窗体，如下图所示：单击控制器窗体中的“手动”按钮，将控制器设置成手动；ｂ、设定工作点单击控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值，如下图所示：将阀门U1 开度设置在某一确定值——即选定某一工作点；4、设置PID控制器参数根据对象特性，设置P、I、D参数：假定估算PID参数如下：P＝I＝D＝将参数输入控制器中；单击控制器界面中的“参数设置”按钮，弹出控制器参数设置窗体，如下图所示：通过键盘输入比例系数、积分时间和微分时间，一般不用修改其它参数。

５、启动水箱1 液位PID控制器a、将控制器改成自动方式：单击控制器窗体的“自动”按钮；b、改变设定值：单击控制器窗体SV柱体旁的增/减键，改变控制器的设定值SV。

题目一：基于三种PID控制算法的双容水箱液位控制系统设计一、设计题目选择三种PID控制算法编程或者建模实现双容水箱的液位控制二、设计任务根据《先进PID控制MTALAB仿真》中对PID算法的介绍，选择其中三种算法（比如常用PID控制、神经网络PID控制、模糊自适应PID控制）编程或者建模实现双容水箱液位控制。

如下为双容水箱液位控制图：图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、水泵2分别通过第一支路、第二支路向上水箱注水。

在第一支路中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定；在第二支路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。

引入干扰图1 双容水箱液位控制系统示意图三、设计要求（1）自己查阅资料选择双容水箱的传递函数；（2）选择编写M文件实现对双容水箱下水箱液位的控制（至少三种），要求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。

（3）选择建立三种不同的模型实现双容水箱液位控制（不局限下水箱一个输入变量，可以选择上、下水箱两个输入变量），求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。

题目二：基于组态王、Excel和matlab的PID整定一、设计题目基于组态王、Excel和matlab的PID整定二、设计任务通过Matlab完成PID整定算法，用组态王软件实现双容水箱界面，excel作为Matlab和组态王的数据库，三者之间可以通过DDE协议进行数据交换。

三、设计要求（1）建立双容水箱PID模型；（2）通过Simulink中使用matlab语言编写S函数；（3）学习DDE通讯，实现组态王和matlab互联；（4）建立组态王人机界面，可以手动调整PID参数。

摘要双容水箱液位控制系统是采用先进的控制算法完成对过程液位的控制的控制系统，它在饮料、食品加工、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程中均有广泛应用。

在本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AbstractDouble tank water level control system is the use of advanced control algorithm of process liquid level control system, it is in the beverage, food processing, filtering solution, chemical production and other industries in the production process has been widely used. In the design of the full use of automation technology, computer technology, communication technology and automatic control technology, in order to achieve the water tank liquid level cascade control. Firstly, the object model is analyzed, and the experimental modeling method for model transfer function. Secondly, according to the controlled object model and the controlled process characteristic design of cascade control system, using dynamic simulation technology to the control system performance analysis. Then, design and construction process control instrumentation system, through the intelligent controller for liquid level cascade PID control. Finally, with the help of a data acquisition module, MCGS configuration software and digital controller, design and establishment of a remote computer process control system, complete control system experiment and result analysisKeywords:liquid level，model PID control，indicator process control system，computer process control system目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)2 被控对象建模 (2)2.1 水箱模型分析 (2)2.2 阶跃响应曲线法建立模型 (3)3 系统控制方案设计与仿真 (7)3.1 液位串级控制系统介绍 (7)3.2 PID控制原理 (7)3.3 系统控制方案设计 (10)3.4 控制系统仿真 (12)4 建立仪表过程控制系统 (17)4.1 过程仪表介绍 (17)4.2 仪表过程控制系统的组建 (19)4.3 仪表过程控制系统PID参数整定 (23)5 模拟计算机过程控制系统 (25)5.1 计算机过程控制系统硬件设计 (25)5.2 MCGS软件工程组态 (28)5.3 组态软件调试 (38)6 结论 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (43)1绪论双容水箱系统是一种比较常见的工业现场液位系统，在实际生产中，双容水箱控制系统在石油、化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为常见。

自动控制课程设计课程名称：双容水箱液位串级控制学院：机电与汽车工程学院专业：电气工程与自动化学号： 631224060430姓名：颜馨指导老师：李斌、张霞2014/12/300摘要 (2)1引言 (2)2对象分析和液位控制系统的建立 (2)2.1水箱模型分析 (2)2.2阶跃响应曲线法建立模型 (3)2.3控制系统选择 (3)2.3.1控制系统性能指标【2】 (3)2.3.2方案设计 (4)2.4串级控制系统设计 (4)2.4.1被控参数的选择 (4)2.4.2控制参数的选择 (5)2.4.3主副回路设计 (5)2.4.4控制器的选择 (5)3 PID控制算法 (6)3.1 PID算法 (6)3.2 PID控制器各校正环节的作用 (6)4 系统仿真 (7)4.1.1系统结构图及阶跃响应曲线 (7)4.2.1 PID初步调整 (10)4.2.2 PID不同参数响应曲线 (12)4.3.1 系统阶跃响应输出曲线 (17)5加有干扰信号的系统参数调整 (20)6心得体会 (22)7参考文献 (22)液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制，比如锅炉液位，水箱液位等。

针对水箱液位控制系统，建立水箱模型并设计PID控制规律，利用Matlab 仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。

关键词：串级液位控制；PID算法；Matlab；Simulink1引言面液位控制可用于生产生活的各方面。

如锅炉液位的控制，如果液位过低，可能造成干烧，容易发生事故；炼油过程中精馏塔液位的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。

因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

本文针对双容水箱，以下水箱液位为主控制对象，上水箱为副控制对象。

选择进水阀门为执行机构，基于Matlab建模仿真，采用PID控制算法，整定PID参数，得出合理控制参数。

2对象分析和液位控制系统的建立2.1水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数，上水箱液位为副调节参数，构成传统液位串级控制系统，其结构原理图如图1所示。

过程控制课程设计---双容水箱Smith预估控制班级姓名学号指导老师日期大学信息工程学院目录一、课程设计意义和目的 (2)二、课程设计设备 (2)三、课程设计原理 (4)四、课程设计步骤 (6)五、注意事项 (8)六、实验结果 (8)七、心得体会 (11)八、参考文献 (12)一、课程设计意义和目的1、了解纯滞后过程及其影响2、学习smith控制的原理3、掌握smith控制器的整定方法二、课程设计设备1、四水箱实验系统DDC实验软件软件功能说明：四水箱DDC实验软件的核心调度程序实现了数据的采集和输出、数据的实时记录以及实时监控。

同时，四水箱DDC实验软件为学生在四水箱过程控制实验装置上进行实验提供了友好的人机交互界面，包括：首页界面、实验界面、控制器界面、趋势界面和I/O设置界面。

通过这些友好的界面，学生可以在过程控制实验装置实现经典和先进的控制方案。

如上图所示，首页界面为整个软件的导航界面，当软件正确安装并正常启动后，将进入此画面，其主要功能有：2、PC机（Windows 2000 Professional 操作系统）三、课程设计原理1、 纯滞后过程某些过程在输入量改变后，输出变量并不立即改变，而要经过一段时间才反映出来，纯滞后就是指在输入变量变化后，看不到系统对其响应的这段时间。

当物质或能量沿着一条特定的路径传输时就会出现纯滞后，路径的长度和运动速度是决定纯滞后大小的两个因素。

纯滞后环节对任何信号的响应都是把它推迟一段时间，其大小等于纯滞后时间，纯滞后环节的数学描述为：()ss τ-= G （19－1）2、 Smith 预估算法设一个控制系统，对象特性为：()ss P P PC G G τ-=（19－2）这里将对象分成两部分P G 和sP τ-，设这两部分之间有变量B ，如果能将B 检测出来，则可以按下图构造简单的反馈控制系统图 19－1 理想的纯滞后过程的单回路控制如上图所示，由于B 信号没有滞后，所以系统响应将会大改善。

双容水箱液位串级控制系统课程设计HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】双容水箱液位串级控制系统课程设计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：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。

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。

4.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：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）；22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。