双容水箱液位控制 - 北京工业大学 - 图文

《控制系统设计与试验》

——课程设计与报告

成 员： 专 业： 自动化 任课教师： 于建均 完成日期： 2015年6月20日

自动控制系统课程设计 双容水箱系统

目 录

1、绪论?????????????????????????3 2、课程设计任务?????????????????????4 3、被控对象的模型及分析?????????????????4 4、系统控制方案论证???????????????????6 5、控制结构与控制器设计步骤???????????????7 6、实验过程论述?????????????????????8 7、实验结果及分析????????????????????11 8、总结?????????????????????????12 9、附录?????????????????????????13

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自动控制系统课程设计 双容水箱系统

绪论

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﹑冶金等行业尤为常见。通过液位的检测与控制从而调节容器内的输入输出物料的平衡，以便保证生产过程中各环节的物料搭配得当。

经过比较和筛选，串级控制系统PID控制无论是从操作性、经济性还是从系统的控制效果均有比较突出的特性，因此采用串级控制系统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统中上水箱、下水箱的输出响应曲线。对曲线进行处理求出各水箱的参数，用所求出的参数列写出水箱的传递函数。采用复杂控制系统中的串级控制系统列写出系统框图，根据串级控制系统PID参数整定的方法整定出主控制器和副控制器的P、I、D的数值，从而满足控制系统对各项性能的要求。

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自动控制系统课程设计 双容水箱系统

一、课程设计任务

一、课程设计目的

（1）掌握自动控制系统的分析与控制器设计方法。 （2）掌握基于MATLAB的系统仿真方法

（3）掌握基于实验方法确定系统模型参数的方法 (4) 掌握基于物理对象的控制系统的调试方法 （5）培养编制技术总结报告的能力。 2、被控对象: 双容水箱系统 3、 性能指标要求

衰减率4:1～10:1,超调量Mp<10%，调节时间Ts<45s，稳态误差ess?0

二、被控对象的模型及分析

1双容水箱的数学模型

双容水箱液位控制结构图如下图所示：

图2-3 双容水箱液位控制结构图

设流量Q1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高度H2为输出量，根据物料动态平衡关系，并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为

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??sH2(S)K?G(S)?*e Q1(S)(T1*S?1)(T2*S?1)式中 K=R4，T1=R2C1，T2=R4C2，R2、R4分别为阀V3和V4的液阻，C1 和

C2分别为左水箱和右水箱的容量系数。式中的K、T1和T2可由实验求得的阶跃响应曲线求出。具体的做法是在下图所示的阶跃响应曲线上取：

1）、h2（t）稳态值的渐近线h2(∞)；

h (t) 2

h 2( 00 hB 0.8 0 2( 0

P

hA 0.4 2( 00

A 0 て t t 2 t 1 图2-4 阶跃响应曲线

2）、h2（t）|t=t1=0.4 h2(∞)时曲线上的点A和对应的时间t1； 3）、h2（t）|t=t2=0.8 h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t2。

然后，利用下面的近似公式计算式1-6中的参数K、T1和T2。其中：

h2(?)输入稳态值 K??RO阶跃输入量t1?t24)、 T1?T2?2.16 T1T2t15)、 ?(1.74?0.55)2t2 (T1?T2)对于式（1-6）所示的二阶过程，0.32

节；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2（此时T1=T2=T=(t1+t2)/2*2.18 ）

过曲线的拐点做一条切线，它与横轴交于A点，OA即为滞后时间常数て。 实际测得的阶跃响应曲线

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m14d.html