双容水箱液位串级控制系统

武汉理工大学《过程控制与仪表》课程设计说明书

目录

1.设计题目 ............................................................................................................... 2 2.设计任务 ............................................................................................................... 2 3.设计任务分析 ....................................................................................................... 2 4.设计内容 ............................................................................................................... 5 5.设计总结 ..................

题目：双容水箱液位流量串级控制系统设计

1.设计任务

如图1所示的两个大容量水箱。要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。

水箱2

图1 系统示意图

2.设计要求

1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

2） 假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果；

3） 假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果；

4） 在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。

3. 设计任务分析

（1）液位控制系统是以改变进水大小作为控制手段，目的是控制下水箱液位处于一个稳定值。

（2）单回路控制系统：对于此系统，若采用单回路控制系统控制液位，以液位主控制信号反馈到控制器PID，直接去控制进水阀门开度，在无扰动情况下可

目录

1绪论 ....................................................................................................................................................... 2 1.1 过程控制发展概况 ..................................................................................................................... 2 1.2 MATLAB介绍 .............................................................................................................................. 2 2 建立被控对象模型 .................................................................................

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：双容水箱液位控制系统

学生姓名：

学 号：

专 业：

班 级：

指导教师：

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测

试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：双容水箱液位控制系统

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本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础,对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模,针对其对象特性,采用串级PID控制方式,构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统,有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题,从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态,对系统进行实时地操作、监控。

双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测

试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对

温州职业技术学院

毕业综合实践

课题名称： 双容水箱液位控制系统设计

作 者： 学 号：

系 别： 电气电子工程系 专 业： 电气自动化

指导老师： 专业技术职务

2016 年 3 月 浙江温州

课 题 摘 要 在工业生产中，液位控制通常具有滞后性、大惯性和时变性等特点，所以实现液位控制的快速性和稳定性，对于提高产品质量和生产效率有很重要的现实意义。 本课题针对液位控制系统的特点及实现快速、稳定的液位控制在现实工业生产中的意义，设计了一个双容水箱液位控制系统。其中运用到传感器、采集卡检测液位，并采用了PLC的AD/DA转换模块将数字量转换成模拟量输出。 本系统PID参数在整定的设置和范围，使最终系统无稳态误差，无超量调节，各项指标均满足设计要求。本系统实现简单，硬件要求不高，且能对液位进行实时显示，具有控制过程的特殊性，本设计提出了一种基于PID算法来实现双容水箱液位控制系统，主要是为了达到生产过程中对液位控制速度快，稳定性高等特点。 关键词 PID

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题 目：双容水箱液位控制系统

学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师：

内蒙古科技大学毕业设计说明书

双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用串级PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，通过RS232/485转换器和牛顿模块实现计算机与现场设备之间的数据交换。并利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使

内蒙古科技大学

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题 目：双容水箱液位控制系统

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双容水箱液位控制系统

摘要

本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用串级PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，通过RS232/485转换器和牛顿模块实现计算机与现场设备之间的数据交换。并利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使

温州职业技术学院

毕业综合实践

课题名称： 双容水箱液位控制系统设计

作 者： 学 号：

系 别： 电气电子工程系 专 业： 电气自动化

指导老师： 专业技术职务

2016 年 3 月 浙江温州

课 题 摘 要 在工业生产中，液位控制通常具有滞后性、大惯性和时变性等特点，所以实现液位控制的快速性和稳定性，对于提高产品质量和生产效率有很重要的现实意义。 本课题针对液位控制系统的特点及实现快速、稳定的液位控制在现实工业生产中的意义，设计了一个双容水箱液位控制系统。其中运用到传感器、采集卡检测液位，并采用了PLC的AD/DA转换模块将数字量转换成模拟量输出。 本系统PID参数在整定的设置和范围，使最终系统无稳态误差，无超量调节，各项指标均满足设计要求。本系统实现简单，硬件要求不高，且能对液位进行实时显示，具有控制过程的特殊性，本设计提出了一种基于PID算法来实现双容水箱液位控制系统，主要是为了达到生产过程中对液位控制速度快，稳定性高等特点。 关键词 PID

实验六上下水箱液位串级控制

一、实验目的

1、了解复杂过程控制系统的构成。

2、掌握复杂过程控制一—串级控制方法。

3、控制要求：超调量σ＜20%，调节时间Ts≤3T，余差＜5%。

二、实验设备及参考资料

1、PCS-B过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、上下水箱及液位变送

器、水泵1系统等）。

2、电动调节阀的操作说明书、液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法。

三、实验系统流程图：

四、实验原理本实验采用计算机控制,将下水箱液位控制在设定高度。串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。在计算机中设置了两个虚拟调节器作为主副调节器。将下水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。主调节器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用PI调节器

也可考虑采用PID调节器。串级控制系统的方块原理图如图1。

图1串级控制系统的方块原理图

串级控制系统的参数整定

①. 两步整定法

第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。

a.