液位前馈反馈控制系统

液位前馈-反馈复合控制

实验报告书

实验名称： 液位前馈-反馈复合控制 姓名： 班级： 学号： 指导老师：

一、实验名称：

液位前馈-反馈复合控制 二、实验设备：

组态软件、实验箱。 三、实验过程：

需要注意的一点是：组态软件采用所有的工程量都是0-100。如液位的实际最高高度为28cm，液位参数设置时取20%，50%等类似的百分比

a) 流量液位前馈反馈控制

1 实验目的与要求

1.1.实验前需熟悉复合控制的原理与特点。

1.2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 1.3.通过实验掌握前馈补偿器的设计方法。

2 实验系统组成 2.1 实验原理

流程图如图 2.3.1 所示。水介质由泵U101(P101)从水箱V104 中加压获得压头，经流量计FT101、电动调速器U101、水箱V101、手阀QV116 回流至水箱V104 而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV116 来调节；其中，水箱V101 的液位由液位变送器LT101测得，给水流量由流量计FT101

一、 前馈——反馈复合控制系统 1 前馈——反馈复合控制系统的基本概念

前馈——反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其它的扰动信号，这样的控制系统就是前馈——反馈复合控制系统。 2 概念的理解：

(1) 复合控制是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈控制和反馈控制； (2) 前馈控制的作用是对主要的扰动信号进行完全补偿，可以针对主要的扰动信号，设

计相应的前馈控制器；

(3) 引入反馈控制，是为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响；因为除了

已知的主要的扰动信号以外，系统中还存在其它的扰动信号，这些扰动信号对被调量的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们根本就考虑不到或无法测量，都通过反馈控制加以克服；

(4) 系统中需要测量的信号既有被调量，又有扰动信号； 3 前馈——反馈复合控制系统实例分析

混合水温的前馈——反馈复合控制系统（如图3－12所示）。

前馈控制器 执行器 流量测量变送器 调节器 温度测量变送器 冷水调节阀 热水调节阀 混合水温θ 图3－12 混和水温复合控制示意图

4前馈——反馈复合控制系统的组成

前馈——反馈复合控制系统主要由

一、 前馈——反馈复合控制系统 1 前馈——反馈复合控制系统的基本概念

前馈——反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其它的扰动信号，这样的控制系统就是前馈——反馈复合控制系统。 2 概念的理解：

(1) 复合控制是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈控制和反馈控制； (2) 前馈控制的作用是对主要的扰动信号进行完全补偿，可以针对主要的扰动信号，设

计相应的前馈控制器；

(3) 引入反馈控制，是为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响；因为除了

已知的主要的扰动信号以外，系统中还存在其它的扰动信号，这些扰动信号对被调量的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们根本就考虑不到或无法测量，都通过反馈控制加以克服；

(4) 系统中需要测量的信号既有被调量，又有扰动信号； 3 前馈——反馈复合控制系统实例分析

混合水温的前馈——反馈复合控制系统（如图3－12所示）。

前馈控制器 执行器 流量测量变送器 调节器 温度测量变送器 冷水调节阀 热水调节阀 混合水温θ 图3－12 混和水温复合控制示意图

4前馈——反馈复合控制系统的组成

前馈——反馈复合控制系统主要由

前馈反馈控制讲解

前馈控制系统

前馈反馈控制讲解

内 容

前馈控制的由来与原理 静态前馈控制系统 前馈控制系统的动态补偿 前馈反馈控制系统 结论

前馈反馈控制讲解

一、基本原理及特点

问题：过程特性决定了它被控制的难易，一个本性难控的 过程具有Kf大、Tf<To、τ o/To大的特点，难控过程受到较 大扰动后，反馈控制的效果将不令人满意。下面分析其原 因，并讨论相应对策。原因 相应措施 ⒈本性难控过程克服扰动的稳定时间长 ⒈将扰动克服在被控变量偏 产生偏差大； 离设定值之前 ⒉反馈控制器不会区别偏差产生的原因， ⒉针对较大可测和不可控的 只是减少偏差，直到趋近“0”; 扰动采取措施，使被控变量 在扰动下基本不变 ⒊扰动产生频率过高，将使系统振荡； ⒊开环控制

“前馈控制方案

前馈反馈控制讲解

一、基本原理及特点D1 前馈 控制器 对象 y Dn

D1,……,Dn 为可测扰动；u, y分别为被控对象的操作变量与 受控变量。

u

前馈控制思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变 量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。 前馈控制定义：是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设 定值变化，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量， 使被控变量维持在

前馈反馈控制讲解

前馈控制系统

前馈反馈控制讲解

内 容

前馈控制的由来与原理 静态前馈控制系统 前馈控制系统的动态补偿 前馈反馈控制系统 结论

前馈反馈控制讲解

一、基本原理及特点

问题：过程特性决定了它被控制的难易，一个本性难控的 过程具有Kf大、Tf<To、τ o/To大的特点，难控过程受到较 大扰动后，反馈控制的效果将不令人满意。下面分析其原 因，并讨论相应对策。原因 相应措施 ⒈本性难控过程克服扰动的稳定时间长 ⒈将扰动克服在被控变量偏 产生偏差大； 离设定值之前 ⒉反馈控制器不会区别偏差产生的原因， ⒉针对较大可测和不可控的 只是减少偏差，直到趋近“0”; 扰动采取措施，使被控变量 在扰动下基本不变 ⒊扰动产生频率过高，将使系统振荡； ⒊开环控制

“前馈控制方案

前馈反馈控制讲解

一、基本原理及特点D1 前馈 控制器 对象 y Dn

D1,……,Dn 为可测扰动；u, y分别为被控对象的操作变量与 受控变量。

u

前馈控制思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变 量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。 前馈控制定义：是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设 定值变化，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量， 使被控变量维持在

中北大学课程设计说明书

中北大学

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 陈朋印 学 号： 1002034111 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 题 目： 管式热裂解反应器出口温度前馈 ——反馈控制系统设计

指导教师： 姚竹亭 职称: 教授

许 昕 职称: 讲师

2014年1月10日

中北大学课程设计说明书

中北大学

课程设计任务书

2013/2014 学年第 1 学期

学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 陈朋印 学 号： 1002034111

课程设计题目： 管式热裂解反应器出口温度前馈

——反馈控制系统设计

起 迄 日 期：2013年12月30

毕业论文（设计）

题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计

姓名：濮孝金 学号：122120018 专业：机械电子工程

年月

摘要

在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。

为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况

液位控制系统演示工程操作说明

一、创建工程

1、 双击桌面中的图标，进入MCGS组态环境工作台，如图1所示。

2、 点击图1中的“新建窗口”，出现“窗口0”图标。

3、 点击“窗口0”鼠标右键，选择“属性”，按照图2进行设置，则窗口名称变为“水位控

制系统”，如图2右图所示。。

图2

二、画面设计

1、 在“水位控制”窗口点击菜单中的【工具箱】图标

出现在桌面的左上角，用鼠标改变其大小及位置。

，单击插入元件按钮

，打开

【对象元件管理】中的【储藏罐】，选择罐17，点击确定。如图3所示，则所选中的罐

图3 2、按照同样的方法，【储藏罐】选中2个罐（罐17，罐53），【阀】选中2个阀（阀58，阀44），1个泵（泵40）。按图4放置。

图4

3、选中工具箱中的【流动快】按钮

，单击鼠标并移动光标放置流动快。如图5所示设置

流动快。

图5

4、 选中流动块，点击鼠标右键【属性】，按图6设置属性。

图6

5、 添加文字，选中工具箱中的【标签】按钮

，鼠标的光标变为“十字”形，在窗口任

意位置拖曳鼠标，拉出一个一定大小的矩形。建立矩形框后，鼠标在其内闪烁，可直接

输入“水位控制系统演示工程”文字。选中文字，鼠标右键【属性】，按图7设置。

图7

6、 点击菜单中的

，可变更字

北华大学毕业设计（论文）

摘 要

基于模糊PID液位控制系统设计

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。常规PID 控制具有算法简单、可靠性高以及无静差等优点。其核心是参数的整定，对于确定性的被控对象通过适当的整定 PID 参数，可以获得比较满意的控制效果；但对于不确定、大滞后、非线性的复杂系统，则难以整定其参数，因此也比较难以达到预期的控制效果。而模糊控制不依赖于对象的模型，适应能力强，但它的稳态精度差。因此，针对常规 PID 控制和模糊控制的特点，将模糊控制和常规 PID 控制两者结合起来，构成模糊 PID 控制器。既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有 PID 控制精度高的特点，从而得到理想的控制效果。

本文介绍了模糊PID控制在双容水箱的液位控制系统中的应用。首先建立了液位控制系统数学模型，介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID的基本原理，然后利用MATLAB工具对控制对象进行了跟踪设定值、适应对象参数变化和抗扰动特性方面的仿真研究。仿真结果表明：模糊PID控制算法与常规PID算法相比具有鲁棒性强和动态性能好等

北华大学毕业设计（论文）

摘 要

基于模糊PID液位控制系统设计

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。常规PID 控制具有算法简单、可靠性高以及无静差等优点。其核心是参数的整定，对于确定性的被控对象通过适当的整定 PID 参数，可以获得比较满意的控制效果；但对于不确定、大滞后、非线性的复杂系统，则难以整定其参数，因此也比较难以达到预期的控制效果。而模糊控制不依赖于对象的模型，适应能力强，但它的稳态精度差。因此，针对常规 PID 控制和模糊控制的特点，将模糊控制和常规 PID 控制两者结合起来，构成模糊 PID 控制器。既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有 PID 控制精度高的特点，从而得到理想的控制效果。

本文介绍了模糊PID控制在双容水箱的液位控制系统中的应用。首先建立了液位控制系统数学模型，介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID的基本原理，然后利用MATLAB工具对控制对象进行了跟踪设定值、适应对象参数变化和抗扰动特性方面的仿真研究。仿真结果表明：模糊PID控制算法与常规PID算法相比具有鲁棒性强和动态性能好等