自动控制课程设计报告-基于PID的三容水箱控制.doc

自动控制课程设计报告学院:核技术与自动化工程学院专业:电气工程及其自动化班级:小组:第二组姓名:指导老师:完成时间:2011.12.18成都理工大学课程设计报告2基于PID的三容水箱控制摘要在三容水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，具有很强的代表性和工业背景，研究三容水箱的建模及控制具有重要的理论意义及实际应用价值。本设计主要是利用PID控制三容水箱。控制方案采取采用临界比例度法整定PID控制器参数、上位监控由三维力控组态软件设计构成。可以实现对系统工作的是实时监控与速度曲线显示。关键词：三容水箱组态软件模糊PID控制成都理工大学课程设计报告3Thethree-tankwatertankbasedonPIDcontrolAbstract:AbstractThree-tankwaterisatypicallynon-linearanddelayedplantwhichhastheverystrongbackgroundofindustry,forthewholeorpartofmanycontrolledobjectscanbeextractedasmathematicmodelofthree-tankwater.Researchonmodelingandcontrolofthree-tankwaterhasfartheoreticalsignificanceandpracticalvalue.ThisdesignisthemainPIDcontrolthreeletwatertank.TakethecriticalratiocontrolschemeofthesetofPIDcontrollerparameters,uppermonitorfromthreedimensionalforcecontrolconfigurationsoftwaredesigntoform.Whichcanmakethesystemworkisreal-timemonitoringandspeedcurveshows.Keywords:3letwatertankconfigurationsoftwarefuzzyPIDcontrol成都理工大学课程设计报告4目录第1章前言.51.1课题研究目的.51.2课题研究背景和意义.51.3PID的特点.5第2章三容水箱系统的硬件结构.62.1三容水箱的原理结构.62.2三容水箱的操作步骤.7第3章控制的理论基础.83.1PID控制原理.83.2数学建模.83.2MTLAB仿真与PID控制方法.11第4章系统软件设计.184.1plc编程.184.2力控设置.194.3组态软件设计特点.22第5章实验结果.235.1组态的动态液位变化.23结论.25致谢.26参考文献.27附录PLC系统编程.28成都理工大学课程设计报告5第1章前言1.1课题研究目的此次课程设计以“基于PID的三容水箱控制”为题，由力控显示PID控制三容水箱，从而实现对三容水箱的控制，并把结果反馈到PLC上，在力控上显示出曲线。1.2课题研究背景和意义三容水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，具有很强的代表性，有较强的工业背景，对三容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时，三容水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义，例如工业锅炉、结晶器液位控制而且，三容水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础，又具有较强的理论性，属于应用基础研究。同时，它具有较强的综合性，涉及控制原理、智能控制、流体力学等多个学科。通过水箱液位的控制系统实验，用户除可以掌握控制理论、仪器仪表知识和现代控制技术之外，还可以熟悉生产过程的工艺流程，从控制的角度理解它的静态和动态工作特性。1.3PID的特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。成都理工大学课程设计报告6第2章三容水箱系统的硬件结构2.1三容水箱的原理结构（1）原理框图水箱为三容水箱，系统组成如下图所示，它包含电控箱、水箱本体及由AD/DA数据采集卡和普通PC机组成的控制实验平台等三大部分。图2-1三容水箱硬件关系图（2）水箱本体主要由以下几个部分组成：1)水箱底座2)循环泵3)比例电磁阀4)液位传感器5)三容水柱电控箱内安装有如下主要部件：1)电磁阀控制器2)I/O接口板成都理工大学课程设计报告73）开关电源4)开关、指示灯等电气元件（3）控制平台主要由以下部分组成：1)与IBMPC/AT机兼容的PC机（公司不提供），带PCI插槽2)PCI2006数据采集卡及其驱动程序3)演示实验软件2.2三容水箱的操作步骤1)向水箱中注入清洁水。2)将电脑与电控箱上电，3)进入演示和实验软件的安装目录，运行Exe目录下的WaterTank.exe，4)初始时，出现系统配置的界面，可以在界面上配置水箱的AD/DA通道等设置5)选择菜单项“操作->开始试验”，开始实验，系统开始对AD/DA的操作。6)在界面上修改设定值，选择菜单项“操作->开始控制”开始控制过程。7)选择菜单项“操作->停止控制”，结束控制过程8)选择菜单项“操作->停止实验”，结束实验。9)退出程序，10)关闭电脑与控制箱电源。