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实训指导教师：系别：专业：生产进程自动化班级：姓名：实训地点：实训时间：9.2.2 水箱液位串级控制系统1.实训目的（1）熟悉集散控制系统的组成（见附录B）。
（2）学习MACS组态软件的利用方式。
（3）培育学生灵活组态的能力。
（4）掌握系统组态与装置调试的技能。
（5）掌握串级控制系统的组态方式。
2.实训内容（1）水箱液位串级控制系统数据库组态。
（2）水箱液位串级控制系统设备组态。
（3）水箱液位串级控制系统算法组态。
（4）水箱液位串级控制系统画面组态。
（5）水箱液位串级控制系统调试。
3.实训设备和器材（1）THSA-1型生产进程自动化技术综合实训装置。
（2）万用表一个、PC/PPI通信电缆一根。
4.实训接线参照图完成系统接线。
图水箱液位串级控制系统接线图5.实训步骤（1）工程分析水箱液位串级控制系统需要两个输入信号端子和一个输出端子，因此选用一个模拟量输入模块（FM148A）和一个模拟量输出模块（FM151）。
FM148A的通道2收集上水箱液位数据，FM148A的通道3收集中水箱液位数据，控制输出信号由模拟量输出模块（FM151）的通道1送出，去操纵电动控制阀的开度。
（2）成立工程。
①参照图和图，打开数据库组态工具，进入数据库组态界面。
图数据库组态工具打开步骤图数据库组态界面②在数据库总控组态界面中工具栏下单击新建工程按钮，弹出如图所示添加工程的对话框，添入工程名称，单击肯定。
图添加工程③工程成立以后能够在c：\hs2000macs组态软件下看到新建的工程名称。
（3）编辑数据库。
①选择编辑→编辑数据库，在弹出的对话框如图所示，输入用户名Bjhc和密码3dlcz，单击肯定，进入数据库编辑界面。
图进入数据库编辑界面②参照图(a)选择系统→数据操作，单击肯定，弹出如图(b)所示窗口。
因为水箱液位串级控制控制系统利用两个模块，三个通道，所以需要编辑三个点号。
③单击数据操作后，选择模拟量输入，在右边选择项名列表框中，选择必需设置的项目名称，见表，单击肯定并添加记录。
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。
水箱液位串级控制系统一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。
2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
本实验系统结构图和方框图如图5-2所示。
图5-2 水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（40%～90%）、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（30%～80% 要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。
（一）、智能仪表控制1．将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“OFF”的位置，将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
过程控制综合实验报告实验名称：水箱液位串级控制系统专业：班级:姓名：学号：实验方案一、实验名称：水箱液位串级控制系统二、串级控制系统的概述1、图5-1是串级控制系统的方框图。
该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图5-1 串级控制系统方框图R-主参数的给定值；C1-被控的主参数；C2-副参数；f1(t)-作用在主对象上的扰动；f2(t)-作用在副对象上的扰动。
2、串级控制系统的特点串级控制系统及其副回路对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。
（1）．改善了过程的动态特性；（2）．能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；（3）．提高了系统的鲁棒性；（4）．具有一定的自适应能力。
3、主、副调节器控制规律的选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。
主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一般宜采用PI或PID调节器。
由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P或PI调节器。
4、主、副调节器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。
对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。
各环节的放大系数极性是这样规定的：当测量值增加，调节器的输出也增加，则调节器的放大系数K c为负（即正作用调节器），反之，K c为正（即反作用调节器）；本装置所用电动调节阀的放大系数K v恒为正；当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K0为负。
双容水箱液位串级控制系统设计
设计一个双容水箱液位串级控制系统需要考虑以下几个方面：水箱容量、水泵的流量、液位传感器的安装位置以及液位控制算法的选择。
首先，需要确定主水箱和辅助水箱的容量。
容量的选择应该根据实际
需求和使用场景来决定。
主水箱通常较大，以保证在较长时间内可以提供
稳定的水源。
辅助水箱的容量通常较小，主要用于补充主水箱的水源。
其次，确定水泵的流量。
水泵的流量应该能够满足系统的需求。
水泵
的选择应该考虑到系统的最大需求量以及水泵的工作效率等因素。
然后，需要确定液位传感器的安装位置。
液位传感器通常安装在水箱内，并通过传感器来检测水位的变化。
液位传感器的选择应该考虑到传感
器的精度、可靠性以及适应环境的能力。
最后，需要选择合适的液位控制算法。
常用的液位控制算法包括比例
控制、PID控制等。
液位控制算法的选择应该根据系统的需求、控制精度
以及系统的动态特性来决定。
在系统的实现过程中，还需要考虑到管道的设计、水泵的控制与保护、液位反馈的处理以及系统的安全性等方面。
总之，双容水箱液位串级控制系统的设计需要综合考虑水箱容量、水
泵流量、液位传感器安装位置以及液位控制算法的选择。
通过合理设计和
配置，可以实现水箱液位的稳定控制，满足实际需求。
双容水箱液位串级控制系统_毕业设计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。
1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）。
双容水箱液位串级控制系统课程设计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。
1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）。
基于PLC的三容水箱液位串级控制系统设计
本系统的主要功能是实现三个水箱之间液位的串联控制，保证三个水箱中的水位保持平衡。
该系统采用PLC作为控制器，通过读取水位传感器获取水箱中的液位，经过控制算法对泵进行控制，保持水箱中水位的均衡。
下面是该系统的具体设计步骤：
1. 系统硬件设计
系统硬件包括三个水箱、水位传感器、PLC控制器、三个水泵和连接线路等。
其中，水位传感器放置在每个水箱内部，用于实时监测液位高度。
三个水泵用于对水箱进行加水或抽水操作，保持水箱内的液位相同。
2. PLC程序设计
PLC程序主要包括以下几个部分：
a. 采集水箱液位信号，根据液位信号实现控制算法，并输出控制信号控制泵的运行。
b. 根据液位的设定值与当前液位的差值，来确定是否需要打开或关闭泵。
c. 如果液位超出了安全范围，需要发出警报并停止泵的运行。
3. 系统测试
搭建好系统后，需要进行系统测试，检验系统在不同液位高度情况下的控制效果。
具体测试方法为在水箱中放入不同数量的水，观察系统是否能够在不同的液位条件下正常工作。
以上就是基于PLC的三容水箱液位串级控制系统设计的具体步骤。
级水箱串级控制系统 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】过程控制系统课程设计：二级水箱液位串级控制系统班级：自动化一班姓名：王晓林指导老师：王冰二级水箱液位串级控制系统要求：1.给定详细的二级水箱被控对象理论建模过程。
2.根据控制要求，详细设计二级水箱串级控制系统方案：包括控制结构选择、变量控制、设计系统工艺流程图与控制方框图；确定传感器、控制器、执行器等。
3.给出详细的主、副控制器设计与整定过程及依据，包括主副控制器控制规律选择；主副控制器的正反作用的选择；主、副控制器参数整定。
4.二级水箱液位串级控制系统软件仿真，包括Matlab仿真模型搭建、给出详细的单回路控制系统PID参数整定的过程；给出详细的串级控制系统主副回路控制器参数整定依据及过程；单回路与串级控制效果比较（分有无干扰两种情况）。
5.二级水箱液位串级控制系统实物实现：实验室系统搭建、参数整定、调试。
一、建模过程由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。
采用双回路串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位H2的有效控制。
其中A1、A2分别为水箱的底面积，q1、q2、q3为水流量，R1、R2为阀门1、2的阻力，称为液阻或流阻，经线性化处理，有：q i=h i−1R i。
则根据物料平衡，对水箱1有：q1−q2=A1d?h1 dtq2=h1 2拉式变换得：Q1(S)−Q2(S)=A1S?H1(S),Q2(S)=H1(S)R2对水箱2：q2−q 3=A 2d?h 2dt q 3=h 2R 3拉式变换得：Q 2(S )− Q 3(S )=A 2S?H 2(S ),Q 3(S )=H 2(S )R 3则对象的传递函数为：W 0(s )=H 2(S )Q 1(S )=R 3(A 1R 2S +1)(A 2R 3S +1)=K(T 1S +1)(T 2S +1)令T 1=A 1R 2，T 2=A 2R 3，其中T 1、T 2分别为水箱1、2的时间常数，K 为双容对象的放大系数。
若系统还具有纯延迟，则传递函数的表达式为：W 0(s )=H 2(S )1()=K(1)(2)e −τ0s 其中τ0为延迟时间常数。
二、串级控制系统设计双水箱系统，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。
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。
串级控制方框图如下：三、主副控制器设计与整定过程1、主副回路设计：串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。
选择主对象为下水箱，副对象为上水箱。
串级调节主要是用来克服落在副环内的扰动。
这些扰动能在中间变量反应出来，很快就被副调节器抵消了。
对于中间变量并无特殊要求，它的选择应该是，既能迅速反应扰动作用，又能使副环包括更多的、特别是幅度大而频繁的扰动。
主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI或PID控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P控制规律而不引入I或D控制。
主调节器的任务主要是克服落在副环以外的扰动，并准确保持被调量为给定值。
由于副回路的存在，串级系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来一部分的对象，起了改善对象特性的作用。
使用双闭环结构，主控制器选择比例积分微分控制规律(PID)，对下水箱液位进行调节，副调节器选择比例控制率(P)，对上水箱液位进行调节，并辅助主调节器对于系统进行控制，整个回路构成双环负反馈系。
2、控制参数选择：在双容水箱控制系统中选择下水箱的液位为系统被控参数，因为下水箱的液位是整个控制作用的关键，要求液位维持在某给定值上下。
3、主副控制器正反作用选择：一个过程控制系统正常工作必须保证采用的反馈是负反馈。
串级控制系统有两个回路，主、副调节器作用方式的确定原则是要保证两个回路均为负反馈。
确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式，然后再确定主调节器的作用方式4、参数整定：串级控制系统的投运和整定有逐步逼近法，也有两步整定法，设计采用两部整定法。
即先整定副回路，即上水箱的PID参数整定后整定主回路，将主调节器设置为自动，再整定主回路，即下水箱的P参数整定。
通过手动调节主调节器的输出给副调节器输入给定值。
整定步骤如下：①工艺稳定，主副回路均在纯比例调节规律运行的条件下，将主调节器比例度置于100%，逐渐减小副调节器的比例度，当副回路达到4∶1的衰减震荡过程时，记下副调节器的比例度δ2S和过渡周期T2S。
②将副调节器比例度固定在δ2S，逐渐减小主调节器的比例度，当主回路达到4∶1衰减振荡过程时，记下主调节器的比例度δ1S和过渡周期T1S。
③根据求出的δ2S、T2S、δ1S、T1S，按表计算出主副调节器的比例度、积分时间和微分时间。
④按“先副后主”、“先比例次积分后微分“的原则，将计算得出的调节器参数加到调节器上。
⑤观察记录曲线，进行适当的调整。
调节器调节规律计算表四、Simulink模型仿真主回路传递函数：G p1(S)=520S+1副回路传递函数：G p2(S)= 1.25.2S+1二次扰动为幅值为，频率为1Hz的正弦波。
1、单回路无干扰控制系统PID参数整定过程：采用衰减曲线法。
⑴、先确定Kp，通过试凑得到当Kp=5时衰减比约为4：1，如下图所示。
由图可以读出T S=11s。
根据调节器调节规律计算表中的公式计算得：积分时间T I=，微分时间常数T D=。
由上面结果可以计算得K p=5,K I=,K D=。
将上述参数输入模型得到下图。
由图形可以看出，超调量较大，调整时间过长，所以减小K I，增大K D。
经过不断调整，当参数为K p=5,K I=,K D=时，结果相对较好，调整结果如下图。
2、串级无干扰控制系统PID参数整定过程：先整定副环KP ，经过调试，当Kp=30时，稳态误差已经无法减小，副环整定结束。
然后整定主环，经过调试，主环K p=15时，效果有所改善。
波形图如下：3、单回路有干扰控制系统仿真波形如下图：由上图可知，单回路系统对干扰的抑制能力较弱，系统随干扰震荡。
4、串级有干扰控制系统仿真波形如图：由上图可知，串级系统明显对干扰的抑制能力加强，震荡得到有效的抑制。
5、单回路系统与串级系统在无干扰时的比较波形仿真如下：由图可知：串级控制系统比单回路控制系统反应速度更快，超调更小6、单回路系统与串级系统在有干扰时的比较仿真波形如下：由上图可以看出：在相同的干扰作用下，串级控制系统比单回路控制系统反应速度更快，超调更小，且抗干扰能力更强。
五、二级水箱液位串级控制系统实物实现：1、下水箱液位单回路控制系统：2、下水箱液位单回路控制系统：3、二级水箱液位串级控制系统：六、设计心得：这次的课程设计自己学到很多东西。
之前的很多仿真作业自己没有认真地做过，matlab用的次数很少，所以很多东西都是现学的。
这个过程中也发生了一些比较让我郁闷的事情，但是自己想要在毕业设计之前好好的熟悉一下各种工具和知识点，因此这个课程设计自己还是做得比较认真。
1、学习了应用matlab仿真基本方法，通过仿真验证了串级控制对干扰的有比较强烈的抑制能力。
2、基本了解并初步掌握了简单系统模型的PID参数整定方法，对PID调节器中的P、I、D各个参数的功能、特性以及对仿真曲线的不同影响有了比较清楚的认识，通过实验仿真，这部分内容印象比较深刻。
3、通过本次设计，我学习到了分析简单系统特性的一般方法，并对实际控制系统中的控制器、执行器、控制对象等各个部分有了更加直观的认识。
各个环节所选择的依据及其特点等等。
4、过程中遇到的问题及其解决：⑴、小报告阶段，仿真建模之前阶段的准备，由于这个学期找工作问题比较少去上课，所以很多知识都不会，自己查了很多资料，自己也去看课件查书，学习控制器的设计及其参数整定及其依据。
也问过一些同学相关知识点。
⑵、仿真阶段，由于自己之前没怎么用过matlab仿真，所以搭建模型图自己不是很会，还有参数的整定过程。
自己就跟与自己同一台电脑的宋瑞瑞同学学习，他真的给了自己很大的帮助。
回到宿舍之后自己当自己不会的时候也总是问他。
⑶、实物实现阶段，在连接电路的时候，开始的供水系统，开始的时候不能打水。
因为当断电之后，电动调节阀不能自动运转，可以先将控制器的输出给调节阀，控制调节阀的开关。
串级系统连接时，主副控制器之间的输入以及与被控量的连接。
上水箱的液位变送器将信号送给副控制器2、3端，下水箱液位信号送给主控制器，主控制器输出给副控制器1、2端，两个信号在副控制器比较之后，输出反馈信号给调节阀，调节水的流入量。
但是我们小组所用的仪器的仪表读数很不精确，所以在参数的调节这一块，没有做好。
