液位自动控制系统设计ppt课件.ppt

1、液位自动控制系统设计,魏豪 11223054,1,目录,一、引言 二、液位自动控制系统原理 三、系统分解 3.1 各部分传递函数 3.2 系统整体传递函数 四、时域分析 五、频域分析 六、研究结论,2,一、引言,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。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如：民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制等。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到

2、工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的水位控制方法和策略。,3,二、液位自动控制系统原理,如图1所示：当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。,4,三、系统分解,相关参数如下： 放大器增益K； Gf(s)代表浮子，杠杆部分传递函数； Gm(s)代表直流电动机部分传递函数； Gs(s)代表水箱控制部分传递函数； Gv(s)代表阀门控制部分传递函数。,5,3.1 各部分传递函数,浮子、杠杆部分 式中Ku为

3、电压与液位高度之比，传递函数为：,阀门部分 传递函数为：,水箱控制部分 传递函数为：,电动机控制部分 传递函数为：,6,3.2 系统整体传递函数,则系统的开环传递函数为： 从而得出系统的闭环传递函数为：,7,四、时域分析,8,四、时域分析,2、当给定输入信号为单位阶跃信号时，用MATLAB软件绘制出系统输出信号的响应曲线图，同时求出系统过程中的超调量pos、峰值时间tp、调节时间ts。 程序1如下：,clear num=60;den=1,11,60; t=0:0.1:4; sys=tf(num,den); y=step(sys,t); plot(t,y) grid %求系统超调量pos、峰值时

4、间tp、调节时间ts。 maxy=max(y); yss=y(length(t); pos=100*(maxy-yss)/yss,for i=1:1:40 if(y(i)=maxy) n=i; end end tp=(n-1)*0.1 for i=n:1:100 if(y(i)0.98) m = i;break; end end ts=(m-1)*0.1,9,四、时域分析,输出信号的响应曲线图如下图所示：,运行结果为： pos = 4.1426 tp = 0.6000 ts = 0.8000 因为该系统是I型系统，在单位阶跃信号的输入下，其稳态误差为0。说明放大器增益K=6取得合理，该液位控制

5、控制系统能实现其功能。,10,五、频域分析,前面时域分析中,已经得到液位控制系统的开环传递函数：,根据Nyquist稳定性判据I：如果开环是稳定的，那么闭环稳定的条件是：当由-时，Wk(j)的轨迹不包围（-1，j0）点。所以由图5中可以看出，该控制系统的Nyquist图中开环传递函数没有包围（-1，j0）这个点，即液位控制系统的闭环传递函数是稳定的。 接着研究液位自动控制系统的对数频率曲线，同样的用matlab软件绘制bode图，进一步分析系统的稳定性及稳态误差。,11,五、频域分析,通过求出的对数频率特性图6中，穿越频率Wc对应的PM值是大于0的。根据最小相位系统是稳定的，则相位裕量要大于零的依据，我们可以得出该液位自动控制系统是稳定的。,12,六、研究结论,利用第一次课程设计得出的控制系统