双容水箱液位控制系统毕业设计.docx

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1、双容水箱液位控制系统毕业设计 本科生毕业论文（设计） 双容水箱液位控制系统 院系：工学院 专业：电气工程及其自动化 年级： 学生姓名： 学号： 导师及职称： Department: Major:Electrical engineering and automation Grade: Students Name: Student No: Tutor: 毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，

2、均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单 姓名职称单位备注 主席（组长） 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求

3、。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 本论文论述了一个液位流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果

4、的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真，最后用组态软件编制程序来实现控制。 关键词：串级控制系统，液位，流量，仿真 Along with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction, proposed to the control system control quality day by day grows request. In this kind of situation, the simple sin

5、gle return route control already with difficulty satisfied some complex control requests. The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system, is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect p

6、roposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together, it not only has the single return route control system the complete function, moreover also has many single return routes control system no merit. The cascade control syst

7、em has used two regulators, therefore it is more complex to set its regulator parameter. The present paper elaborated a fluid position current capacity cascade control system design method and the step, introduced its parameter set method. In this process, introduced carries on the examination and t

8、he transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity, has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve, simply elaborated the cascade control system merit, discussed it to control the effect the improvement function, and use simu

9、lation software has carried on the simulation to this system, finally used the configuration software coding to realize the control. K e y w o r d s：Cascade control system, fluid position, current capacity,simulation 目录 (1) 第一章概述 (3) 1.1 本毕业设计课题研究的意义 (3) 1.2 本论文的目的和内容 (3) 1.2.1 目的 (3) 1.2.2 内容 (4) 第

10、二章总体方案的设计 (5) 2.1 本控制系统在实际应用中的重要意义及现有的一些方案进行比较与选 择的论述 (5) 2.2 本控制系统的总体方框图及工作过程 (6) 2.2.1 双容水箱液位控制原理图 (6) 2.2.2 双容水箱液位串级控制方框圈 (7) 2.2.3 被控对象的构成图 (7) 第三章双容水箱液位控制的的实验设计及被控对象的数学模型 (9) 3.1 数学建模方法简介 (9) 3.2 建立被控对象的数学模型 (10) 3.2.1 上水箱的数学模型的建立 (10) 3.3 上水箱的数学模型的建立 (14) 3.3.1 由阶跃响应曲线确定二阶系统的参数 (14) 3.3.2 线性拟合

11、确定参数a,b (16) 3.3.3 M文件编程 (17) 3.3.4 运行M文件 (18) 3.3.5 确定上水箱的数学模型 (19) 第四章 PID控制器设计及其实现 (20) 4.1 PID控制原理 (20) 4.2 几种常用的 PID控制规律分析与选择 (21) 4.2.1 PID控制规律分析 (21) 4.2.2 选择适合本系统的控制规律 (24) 4.3 PID参数整定 (25) 4.3.1 比例调节器P的设计 (25) 4.4 系统的总方框图和仿真曲线 (28) 4.4.1 系统的总方框图 (28) 4.4.2 系统的仿真曲线 (29) 第五章结论、讨论、建议 (30) 随着现代

12、工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 在一般的化工实验和生产过程的自控中, 常要进行液位控制。根据工艺要求需要连续控制容器内流人和流出物料的平衡情况, 使液位保持在工艺要求的范 围内

13、。液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题,例如在饮料、食品加工,溶液过滤,化工生产等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控 制 . 在实际生产中,通常采用系统辨识的方法,用一阶纯滞后系统来逼近复杂的实际系统,建立一个简化的数学模型. 然而对于一些控制精度要求较高的场合, 例如核电站的蒸汽生成器中的液位控制问题等 ,需要建立较精确的数学模型,以提高控制的精度 . 本论文论述的就是一个双容水箱液位控制系统的设计方法，由于是通过流量进行控制的，所以该论文其实也是液位流量串级控制系统，只是主要研究液位问题。其中介绍了它的参数整定方法。在此过程中，介绍了检测和转换液位和流量的常用元件，应用

14、阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用MATLAB仿真软件对该系统进行了仿真,取得最佳参数。 对于此二阶被控对象, 流人量的变化首先引起上水箱的液位的变化, 显然, 流人量对被控变量的影响过程更为间接和复杂, 所以采用简单的单回路控制系统很难达到满意的控制效果。本论文采用双回路串级控制的方法来实现双容水箱中下水箱液位的有效控制，建立二阶系统的数学模型并做了仿真。虽然只是串级控制系统的一个简单的应用例子，但也初步综合了自动控制原理、过程控制、检测与转换技术、组态软件等自动控制专业的知识，对于提高对专业知识的认识水 平、培养实践动

15、手能力有重要意义。 第一章概述 1.1 本毕业设计课题研究的意义 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。在单回路控制方案基础上提出的串级控制方案，则对提高过程控制的品质有极为明显的效果。串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法，在生产过程中的应用也比较普遍。 本毕业设计课题讨论了双容水箱液位

16、控制系统的设计步骤并对其进行了仿真，液位和流量是工业生产过程中最常用的两个测控参数，液位控制也离不开流量参数，所以本设计也可以说是一个简单的液位流量串级控制系统。因此本毕业设计课题具有较大的现实意义。而且通过综合应用自动控制专业的各门课程知识，有助于加深对专业知识的理解，提高专业理论水平，并培养实践动手能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。 1.2 本论文的目的和内容 1.2.1 目的 通过毕业设计，加深对所学自动控制原理以及过程控制的基本原理、传感器技术、转换技术、电子技术、基本知识的理解和应用，掌握串级控制系统的设计步骤和方法，掌握工程整定参数方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后工作打下一定的理论和实践基础。