当前位置：文档之家 › 单容水箱液位控制系统的设计样本

单容水箱液位控制系统的设计样本

  • 格式：doc
  • 大小：410.50 KB
  • 文档页数：7

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。
单容水箱液位控制系统辨识

一、 单容水箱液位控制系统原理
单容水箱液位控制系统是一个单回路反馈控制系统, 它的控制任务是
使水箱液位等于给定值所要求的高度; 并减小或消除来自系统内部或外部
扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、 投资省、 操作方便、 且能
满足一般生产过程的要求, 故它在过程控制中得到广泛地应用。图1-1为单
容水箱液位控制系统方块图。
当一个单回路系统设计安装就绪之后, 控制质量的好坏与控制器参数
的选择有着很大的关系。合适的控制参数, 能够带来满意的控制效果。反
之, 控制器参数选择得不合适, 则会导致控制质量变坏, 甚至会使系统不能
正常工作。因此, 当一个单回路系统组成以后, 如何整定好控制器的参数是
一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后, 系统的投运和参数整
定是十分重要的工作。图1-2是单容液位控制系统结构图。

图1-1 单容水箱液位控制系统的方块图
系统由原来的手动操作切换到自动操作时, 必须为无扰动, 这就要求
调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值, 而且在切换时应使测量值与
资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。
给定值无偏差存在。图1-2 是单容水箱液位控制系统结构图。

一般言之, 具有比例( P) 调节器的系统是一个有差系统, 比例度δ的
大小不但会影响到余差的大小, 而且也与系统的动态性能密切相关。比例
积分( PI) 调节器, 由于积分的作用, 不但能实现系统无余差, 而且只要参
数δ, Ti选择合理, 也能使系统具有良好的动态性能。

图1-2 单容液位控制系统结构图
比例积分微分( PID) 调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作
用, 从而使系统既无余差存在, 又能改进系统的动态性能( 快速性、 稳定性
等) 。在单位阶跃作用下, P、 PI、 PID调节系统的阶跃响应分别如图1-3
中的曲线①、 ②、 ③所示。

图1-3 P、 PI和PID调节的阶跃响应曲线
二、 单容水箱液位控制系统建模

t(s)

T( c)
.
1

0
e
ss

2
3

1
资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。
2.1 液位控制的实现

液位控制的实现除模拟PID调节器外, 能够采用计算机PID算法控制。
首先由差压传感器检测出水箱水位; 水位实际值经过单片机进行A/D转换,
变成数字信号后, 被输入计算机中; 最后, 在计算机中, 根据水位给定值与
实际输出值之差, 利用PID程序算法得到输出值, 再将输出值传送到单片
机中, 由单片机将数字信号转换成模拟信号。最后, 由单片机的输出模拟信
号控制交流变频器, 进而控制电机转速, 从而形成一个闭环系统, 实现水位
的计算机自动控制。
2.2 被控对象
本文探讨的是单容水箱的液位控制问题。为了能更好的选取控制方法
和参数, 需要知道被控对象—上水箱的结构和特性。
由图2-1所示能够表示出单容水箱的流量特性:

图2-1 单容水箱结图
水箱的出水量与水压有关, 而水压又与水位高度近乎成正比。这样, 当
水箱水位升高时, 其出水量也在不断增大。因此, 若阀
2
V

开度适当, 在不溢

出的情况下, 当水箱的进水量恒定不变时, 水位的上升速度将逐渐变慢, 最
终达到平衡。由此可见, 单容水箱系统是一个自衡系统。

合集下载

单容水箱液位控制系统设计计算机课设

单容水箱液位控制系统设计计算机课设

辽宁工业大学微型计算机控制技术课程设计（论文）题目：单容水箱液位控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化074学号：*********学生姓名：***指导教师：（签字）起止时间：2010.12.15—2010.12.24课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化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。

介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法，并根据算法的比较选择了增量式PID算法。

建立了基于单片机编程语言的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，利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。

系统由进出水阀门，单片机，A/D转换器，D/A转换器，传感器，显示电路和键盘电路等组成。

整个过程保持进水阀的开度比例不变，由传感器检测电路连续不断地相应液位值，送入A/D转换器中处理，输出的数字量送给单片机，控制显示电路实时显示实际液位值，由键盘输入设定值，控制器比较其值控制出水阀门的开度比例，以保持液位稳定在要求范围内。

关键词：水箱建模，液位控制，PID算法，增量式PID目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2系统组成总体结构 (2)第3章硬件设计 (3)3.1单片机最小系统设计 (3)3.2传感器模块 (3)3.3A/D转换和D/A转换模块 (3)3.4键盘模块 (3)3.5显示模块 (4)第4章软件设计 (5)4.1PID算法 (5)4.2位置式PID控制系统 (6)4.3增量型PID控制算法 (8)4.4PID计算 (10)4.5主程序控制流程 (11)4.6显示部分 (12)第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (14)5.1MATLAB程序 (14)5.2MATLAB成象曲线 (14)第6章课程设计总结 (15)参考文献 (16)附录：系统硬件原理图 (17)第1章绪论过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。

单容水箱液位控制报告

单容水箱液位控制报告

湖南工程学院系统综合训练报告液位课题名称控制系统专业班级名姓号学指导教师目录一概述 (1)二硬件介绍说明 (4)2.1电动调节阀 (4)2.2扩散硅压力液位变送器 (5)2.2扩散硅压力液位变送器 (5)2.4远程数据采集模块ICP-7017、ICP-7024面板 (5)三．软件介绍说明 (7)3.1工艺流程 (7)3.2制作总体回路 (8)3.2制作总体回路 (9)调试结果与调试说明………………………………………11四．4.1调试说明： (11)4.2调试结果 (12)五．实训心得………………………………………………………12．第章系统总体方案1在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。

因此，工艺要求贮槽内的液位需维持在给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出。

例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。

根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。

单容水箱是个比较简单的控制系统，因为在该设计中，只要控制一个液位的高度，初步设计采用水泵恒定抽水，改变电动调节阀的开度来控制水的流量从而控制水箱液位的高度。

本设计选用压力传感器对液位高度进行测量，将测量的值与系统的给定值进行比较，来确定阀的开度。

被控参数的选择1.1根据设计要求可知，水箱的液位要求保持在一恒定值。

所以，可以直接选取水箱的液位作为被控参数。

控制参数的选择1.2影响水箱液位有两个量，一是流入水箱的流量。

二是流出水箱的流量。

调节这两个流量的大小都可以改变液位高低，这样构成液位控制系统就有两种控制方案。

对两种控制方案进行比较，假如系统在停电或者失去控制作用时，第一种通过控制水箱的流入量的方案将出现的情况是：水箱的水将流干；第二种通过控制水箱的流出量的方案则会形成水长流或者水溢出的情况，因此，选择流入量作为控制参数更加合理。

CAD单水箱液位控制系统设计资料

CAD单水箱液位控制系统设计资料

控制系统数字仿真与CAD实验设计单容水箱液位控制系统专业：自动化班级： 1301班姓名：钟思学号： 24号指导教师：李寿涛目录一、引言： (1)二、原理与建模 (1)1、原理 (1)2、建模 (2)三、设计/分析/论述 (2)1、对水箱液位控制原理图的设计分析 (3)2、PID控制的设计分析 (4)四、仿真实验/结果分析 (6)1、仿真实验 (6)2、校正设计 (7)五、结论 (9)参考文献： (9)摘要:根据自动控制系统工艺过程, 建立了“水箱系统”的液位控制的数字仿真模型, 利用Matlab 的Simulink 对该模型进行仿真并研究“水箱系统”在什么条件下可视为无静差系统。

仿真结果表明采用PI调节器“水箱系统”可以实现无静差，并且具有较好的动态过程控制,这对人们进一步研究相似的控制系统具有一定的参考价值。

关键词: 调节规律; Simulink ;液位控制；过程分析Abstract :According to the process of the automatic control system, the establishment of a digital simulation model of the tank system level control using Matlab Simulink simulation and study the model of the tank system "under what conditions can be treated as a non-static error system. The simulation results show that the PI regulator "tank system can achieve no static error, and has a good dynamic process control, further study of people similar to the control system has certain reference value.Key words : Rule adjusting ; Simulink ; liquid level control;Process analyzing正文：一、引言：在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题,例如居民生活用水供应,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,通常需要使用蓄液池,蓄池中的液位需要维持合适的高度,既不能太满溢出造成浪费,也不能过少而无法满足需求。

单容水箱液位组态控制实验报告【范本模板】

单容水箱液位组态控制实验报告【范本模板】

4 单容水箱液位组态控制实验报告学院：自动化学院班级:学号：姓名：单容水箱液位组态一．实验目的：1.熟悉单容水箱液位调节阀PID 控制系统工作原理2.熟悉单用户项目组态过程3.掌握WINCC 画面组态设计方法4.掌握WINCC 过程值归档的组态过程5.掌握WINCC 消息系统的组态过程6.掌握WINCC 报表系统的组态过程二：单容水箱实验原理1、实验结构介绍水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变.被调量为水位H.分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性.直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。

（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。

)调整水箱出口到一定的开度。

突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。

通过物料平衡推导出的公式：μμk Q H k Q i O ==,那么 )(1H k k Fdt dH -=μμ， 其中,F 是水槽横截面积。

在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成μμR k H dtdH RC =+。

公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 02=就是水阻.给定值 图4-1单容水箱液位数学模型的测定实验如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： )1()(0+=TS S KR S G 。

相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》,金以慧编著。

2、控制系统接线表测量或控制量 测量或控制量标号使用PLC 端口 使用ADAM 端口下水箱液位 LT103 AI0 AI0调节阀FV101 AO0 AO03参考结果单容水箱水位阶跃响应曲线，如图4—2所示：图4—2 单容水箱液位飞升特性此时液位测量高度184。

5 mm,实际高度184.5 mm -3。

5 mm =181 mm 。

实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm²。