双容水箱液位控制 开题报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！I目录1、绪论…………………22、研究对象的数学模型及特性分析…………………33、控制系统的性能指标要求………54、控制器的选择与控制方案的设计与仿真………65、拟采用的实验步骤及理想的实验曲线…………156、模型参数获取的实验设计………177、附录…………………19II1双容水箱系统是一种比较常见的工业现场液位系统，在实际生产中，双容水箱控制系统在石油、化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行的平衡，以便保证生产过程中各环节的物料搭配得当。PID统PID控制对双容水箱液位控制系统实现控制。论文以THBDC-1型控制理论•计算机控制技术实验平台为基础的实验数据作为出发点，利用MATLAB的曲线拟合的方法分别仿真出系PID参数整定的方法整定出主控制器和副控制器的的数值，从而满足控制系统对各项性能的要求。312H(S)K*es2Q(S)1124121242243412124h2(t)h(2h0.8(B2Ph0.4(2AAて0ttt21图2-4阶跃响应曲线（t）稳态值的渐近线h(∞)；22（t）|=0.4h(∞)时曲线上的点A和对应的时间t；221（t）|=0.8h(∞)时曲线上的点B和对应的时间t。222然后，利用下面的近似公式计算式1-6中的参数和T2。其h()K2ROtt24)TT112中：/t<0.46。当t/t=0.321212时t/t=0.46G(S)=K/(TS+1)212（此时T=T=T=(t+t)/2*2.18）1212TTt、121T)t2122过曲线的拐点做一条切线，它与横轴交于A即为滞后时间常数て。注意：在以上对象模型的分析过程中，忽略了泵、进水阀、出水阀等分析有一定偏差。5双容水箱性能指标要求：（1）衰减率4:1～10:1（2）超调量M10%p（3）调节时间t45ss（4）稳态误差e061、控制器——PID控制原理控制技术日趋成熟。先进的PID控制方案和智能PID控制器（仪表）已经PID控制实控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的计算机系统等。控制，简称PID控制，又称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。++图2.1PID控制基本原理图PIDr(t)与实际值y(t)构成控制偏差：t)rt)t)控制规律为：1ttUtetei0或以传递函数形式表示：U(s)E(s)1G(s)kpTds)Tis7K:比例系数T:积分时间常数T:微分时间常数。PIDPID控制器各控制规律的作用如下：来。但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差态误差，则称此控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器着时间的增加，积分项会越大。这样，即便误差很小，积分项也会随发散的振荡过程。比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从控制器PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。82、控制方案的设计与仿真合理设计控制规律，选择检测、变送器和选择执行器。选择正确的设计方案才能使先进的过程仪表和计算机系统在工业生产过程中发挥良好的作2.1液位串级控制系统介绍制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造着重要的实际意义。在液位串级控制系统的设计中采用THJ-2高级过程控制实验系统的系统从总体上看，是定值控制系统，因此主被控变量在扰动作用下路，因此，与单回路相比有以下几个优点。1)串级控制系统对进入副回路的扰动具有较强的克服能力。2)由于副回路的存在，明显改善了对象的特性，提高了系统的工作频率。3)串级控制系统具有一定的自适应能力。用于以下4中场合。1)对象的容量滞后比较大。2)调节对象的纯滞后比较长。3)系统内存在激烈且幅值较大的干扰作用。4)调节对象具有较大的非线性特性而且负荷变化较大。9用于双容水箱液位控制系统的设计2.2系统控制方案设计2.2.1控制系统性能指标(1)静态偏差：系统过渡过程终了时的给定值与被控参数稳态值之差。(2)在4:1~10:1.(3)之差，占稳态值的百分比，用于衡量控制系统动态过程的准确性。(4)时间主对象。副回路中的调节器称副调节器，控制副对象。主调节器有自己独立的设定值R，他的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数c2.通过针对双容水箱液位被能，较块的响应速度。当有扰动f1(t)作用于副对象时，副调节器能在扰动影响主控参数之前动作，及时克服进入副回路的各种二次扰动，当扰动f2(t)作用于主对象时，由于副回路的存在也应使系统的响应加快，使主回路控制作用加强。10c1测量与变送器1图2.2串级控制系统框图(1)被控参数的选择应选择被控过程中能直接反映生产过程能够中的产品产量和质的失败,且现在对于液位的测量有成熟的技术和设备，包括直读式液位计、浮力式液位计、静压式液位计、电磁式液位计、超声波式液位计等。(2)控制参数的选择会造成长流水，导致水箱中水过多溢出，造成浪费或事故。所以选择流入系统的流量作为控制参数更合理一些。(3)主副回路设计一定的自适应能力。主副回路时间常数之比应在3到10之间，以使11(4)控制器的选择根据双容水箱液位系统的过程特性和数学模型选择控制器的控制规律。为了实现液位串级控制，使用双闭环结构，主调节器选择比例积分微分控制规律(PID)，对下水箱液位进行调节，副调节器选择比例控制率(P)，对上水箱液位进行调节，并辅助主调节器对于系统进行控制，整个回路构成双环负反馈系统。2.3控制系统仿真2.3.1MATLAB软件介绍MATLAB软件是由美国MathWorks公司开发的，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，它广泛应用于自动控制、数学运算、信号分析、计算机技术、图形图象处理、语音处理、汽车部门进行许多科学研究的重要工具。MATLAB最早发行于1984年，经过10余年的不断改进，现今已推出基于Windows2000/xp的MATLAB7.0版本。新的版本集中了日常数学处理中的各种功能，包括高效的数值计算、矩阵运算、信号处理和图形生成等功能。在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序MATLAB矩阵，在生成矩阵对象时，不要求作明确的维数说明，使得工程应用变得更加快捷和便利。MATLAB系统由五个主要部分组成：(1)MATALB语言体系MATLAB条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。(2)MATLAB工作环境这是对MATLAB提供给用户使用的管理功及开发、调试、管理M文件的各种工具。(3)图形图像系统这是MATLAB2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB12(4)MATLAB数学函数库这是对MATLAB使用的各种数学算法的总称．包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。图PIDP图将副回路切除即得到单闭环仿真图像。图图图图2.自动控制系统课程设计1、实验步骤（1）系统分析（2）系统设计制算法设计。（3）系统仿真在MATLAB的Simulink法的可行性、抗干扰性以及参数变化对系统的影响。（4）系统实现标的要求。（5）系统模型参数的获取设计相关实验，获取系统模型参数。（6）参数变化对系统性能的影响设计实验，获取数据，分析控制参数对系统性能的影响。16自动控制系统课程设计17自动控制系统课程设计PID控制器的参数整定是控制系统设计的重要内容，应根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法分为两大类：进行调整和修改。中进行控制器参数整定，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。1.临界比例法。TI间TD界比例度δ和临界振荡周期Tkk表3.1临界比例整定计算公式TID控制规律kkkKPID1.6δ0.5T0.25Tkk18自动控制系统课程设计2.阻尼振荡法。TI间TD少比例度，直至记录曲线出现的衰减为止。记录下此时的衰减比例度δ和衰减周期T。根据以下经验公式计算调节器参数：k表3.2阻尼振荡整定计算公式TID控制规律S1.2δ0.8δ0.5T0.3TSSSSPID3.反应曲线法0.1TS线求出代表广义