双容水槽液位控制系统的答辩问题

摘要

双容水箱液位控制系统是采用先进的控制算法完成对过程液位的控制的控制系统，它在多种行业的生产加工过程中有广泛应用。本次毕业设计的课题是双容水箱的PID液位控制系统的仿真。本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了多种控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。以LabVIEW为开发软件，以MATLAB为编程和仿真软件，建立液位控制系统的实验平台，研究传统PID控制、数字式PID控制以及模糊自适应PID控制的控制效果，对参数的整定及各个参数的控制性能的比较，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。

关键词：双容水槽；PID控制；labVIEW；MATLAB

I

Abstract

Double-Holding water tank level control system is the control system adopts advanced control algorithm to control the process level, w

摘要

双容水箱液位控制系统是采用先进的控制算法完成对过程液位的控制的控制系统，它在多种行业的生产加工过程中有广泛应用。本次毕业设计的课题是双容水箱的PID液位控制系统的仿真。本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了多种控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。以LabVIEW为开发软件，以MATLAB为编程和仿真软件，建立液位控制系统的实验平台，研究传统PID控制、数字式PID控制以及模糊自适应PID控制的控制效果，对参数的整定及各个参数的控制性能的比较，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。

关键词：双容水槽；PID控制；labVIEW；MATLAB

I

Abstract

Double-Holding water tank level control system is the control system adopts advanced control algorithm to control the process level, w

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 ..................

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

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

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

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

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：

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

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：

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

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