水位控制系统

1、学院：机械与电子控制工程学院姓名：曹家皓，陈哲，牛宁宇，颜俏自控原理课程设计答辩自控原理课程设计答辩水位自动控制系统2013年12月11日Page 2/15水位自动控制系统水位自动控制系统1.水位自动控制系统的基本组成环节水位自动控制系统的基本组成环节2.随动控制系统工作原理随动控制系统工作原理3.3.元件的选择元件的选择4.时域分析时域分析5.幅相频率特性幅相频率特性6.奈奎斯特图奈奎斯特图7.总结总结Page 3/15 系统原理分析系统原理分析 通过放大器的作用经由通过放大器的作用经由电动机，减速器，控制阀电动机，减速器，控制阀（阀门）输出水量，由于（阀门）输出水量，由于水缸有进水量的扰动

2、，放水缸有进水量的扰动，放置浮子作为液位的反馈到置浮子作为液位的反馈到电位器上。电位器电刷位电位器上。电位器电刷位于中点位置时，电动机不于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相变化，水箱液面高度便相应变化。应变化。Page 4/15系统结构图系统结构图电动机电动机浮子、杠浮子、杠杆定位器杆定位器液面差液面差检测检测水箱水箱液面波液面波动检测动检测R（s）C（s）（1 1）伺

3、服电位器）伺服电位器 作为常用的位置检测装置，将角位移或者直作为常用的位置检测装置，将角位移或者直线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。伺服线位移转换成模拟电压信号的幅值或相位。伺服电位器可作为角位移传感器。电位器可作为角位移传感器。 在零初始条件下，对上式求其拉普拉斯变换，在零初始条件下，对上式求其拉普拉斯变换，可求得电位器的传递函数。则其传递函数如下式可求得电位器的传递函数。则其传递函数如下式所示：所示： Page 5/15系统的组成环节系统的组成环节（2 2）伺服电动机伺服电动机 列出其工作方程如下：列出其工作方程如下： 根据上式对两边进行拉普拉斯变换，可以求得根据上式对两边进行拉普拉斯

4、变换，可以求得其传递函数。则伺服电动机的传递函数为：其传递函数。则伺服电动机的传递函数为：Page 6/15系统的组成环节系统的组成环节Page 7/15元件的选择元件的选择（1 1）控制器选择：伺服电位器）控制器选择：伺服电位器Page 8/15元件的选择元件的选择（1 1）执行元件：直流力矩电机）执行元件：直流力矩电机Page 9/15开环传递函数开环传递函数不考虑校正环节，系统的开环传递函数为不考虑校正环节，系统的开环传递函数为可见系统是可见系统是I I型系统，在位置输入下的稳态误差为型系统，在位置输入下的稳态误差为零，由于模型误差、测量元件误差和稳态扰动误零，由于模型误差、测量元件误差

5、和稳态扰动误差等的影响，实际系统仍会有一定的静态误差。差等的影响，实际系统仍会有一定的静态误差。 )2)(1 . 0() 1(03. 0WKssssPage 10/15 Matlab Matlab 仿真仿真Page 11/15时域分析时域分析 0100200300400500600700800900100000.20.40.60.811.21.4Page 12/15幅相频率特性曲线幅相频率特性曲线 -150-100-50050Magnitude (dB)10-310-210-1100101102-180-135-90-450Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/s)Page 13/15奈奎斯特图奈奎斯特图 -1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.5Nyquist DiagramReal AxisImaginary AxisPage 14/15根轨迹根轨迹-2.5-2-1.5-1-0.500.5-8-6-4-202468Root LocusReal Axis (seconds-1)Imaginary Axis (seconds-1)Page 15/15总结总结 综合分析可知，本系统超调量综合分析可知，本系统超调量21.61%21.61%，上升时间，上升时间17.5s17.5s，峰值时间峰值时间28.1s28.1s