计算机控制系统论文课件

1、双容水箱液位串级控制系统设计班 级：电自09101班答 辩 人：黄坤锋指导教师：张丽杰内容安徽理工大学毕业设计一 、研究背景及意义二、水箱建模与PID整定理论三、单回路控制系统设计四、串级控制系统设计五、结论一、研究背景及意义 双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双容水箱的数学模型，具有很强的代表性，有较强的工业背景，对双容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时，双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，双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

2、于应用基础研究。安徽理工大学毕业设计水箱液位控制系统的构成水箱液位控制系统AE2000B由水箱体，水位检测元件（压力传感器）、水泵、数据采集模块及上位工控机(内有PCI总线插槽)构成，负责监测和变送和执行的元件包括液位传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等组成。图中的两个玻璃容器、通过连接阀门依次连接。玻璃容器通过泄水阀门可以排出容器里的水，供水泵循环使用，水泵抽出的水通过进水阀门 进入容器，这样就构成了一个封闭的回路。两个玻璃容器上各装有一个液位压力传感器作为测量元件，用来读出容器的实时液位值。进水阀门通过两个步进电机控制其开度，从而调节进入容器水量的大小。二、水箱建模与PID整定理论双容

3、水箱系统构成图安徽理工大学毕业设计液位压力传感器将容器中的水位值转换为相应的电信号传到数据采集模块，又由数据采集模块传给上位机，为各种控制算法提供实时的数据。这些数据通过相应的处理，生成恰当的控制信号，也需要经过数据采集卡给到步进电机，进一步控制阀门的开度，从而实现对各种控制算法的模拟和检验。二、水箱建模与PID整定理论安徽理工大学毕业设计双容水箱控制如上图所示，是两个串联在一起的水箱，水先进入水箱A,然后再通入水箱B,然后再从水箱B流出。水流入量由变频控制泵控制，流出量由用户控制。水箱A： 水箱B : 其对应的拉式变化为: 二、水箱建模与PID整定理论在该液位控制系统中，建模参数如下：控制变

4、量：水流量Q；被控参数：下水箱液位；控制器：PID； 执行器：控制阀；控制对象特性：（上水箱传递函数）下水箱传递函数下水箱传递函数 三、单回路控制系统设计 用衰减曲线法对系统进行PID参数整定 衰减比为10：1安徽理工大学毕业设计以上面的参数为参照，改变PID的参数，最终得出控制效果较好的仿真图调节时间 Ts=9s超调量 =4%稳态误差 Ess=7.6可见稳态误差不符合设计的要求三、单回路控制系统设计四、串级控制系统设计未加校正的串级控制系统框图对上面框图进行仿真得出下图 可以看出此图各项指标并不符合设计要求四、串级控制系统设计加入调节模块的串级控制系统对主回路进行PID调节，对副回路只进行P调节然后进行主副回路参数整定四、串级控制系统设计经过多组数据验证得出较理想的仿真图如下调节时间 Ts=7s超调量 =3%稳态误差 Ess=0可见各项指标都达到要求四、串级控制系统设计 串级PID控制的设计方案完成对水箱液位的控制调节是可行的。而且在改善系统的动态特性、抗扰动能力等方面与非串级控制系统是较为有效的。之前整定出的主副控制器PID参数值也是合适可用的。但是仿真曲线只是在计算机上通过对实际系统仿真得到的较理想的模拟曲线。实际系统设计