电气工程与自动化自动控制毕业设计课程设计双容水箱液位串级控制
24页1、自动控制课程设计自动控制课程设计课程名称:课程名称: 双容水箱液位串级控制双容水箱液位串级控制 学学 院:院: 机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院 专专 业:业: 电气工程与自动化电气工程与自动化 学学 号:号: 姓姓 名:名: 指导老师:指导老师: 201X/12/30201X/12/301目录目录0 摘要 .21 引言 .22 对象分析和液位控制系统的建立 .22.1 水箱模型分析.22.2 阶跃响应曲线法建立模型.32.3 控制系统选择.32.3.1 控制系统性能指标【2】.32.3.2 方案设计 .42.4 串级控制系统设计.42.4.1 被控参数的选择 .42.4.2 控制参数的选择 .52.4.3 主副回路设计 .52.4.4 控制器的选择 .53 PID 控制算法 .63.1 PID 算法.63.2 PID 控制器各校正环节的作用.64 系统仿真.74.1.1 系统结构图及阶跃响应曲线 .74.2.1 PID 初步调整 .104.2.2 PID 不同参数响应曲线 .124.3.1 系统阶跃响应输出曲线.175 加有干扰信号的系统参数调整 .206 心得体会 .227 参
2、考文献 .2220 0 摘要摘要液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制,比如锅炉液位,水箱液位等。针对水箱液位控制系统,建立水箱模型并设计 PID 控制规律,利用Matlab 仿真,整定 PID 参数,得出仿真曲线,得到整定参数,控制效果很好,实现了水箱液位的控制。关键词:关键词:串级液位控制;PID 算法;Matlab;Simulink1 1 引言引言面液位控制可用于生产生活的各方面。如锅炉液位的控制,如果液位过低,可能造成干烧,容易发生事故;炼油过程中精馏塔液位的控制,关系到产品的质量,是保障生产效果和安全的重要问题。因而,液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。本文针对双容水箱,以下水箱液位为主控制对象,上水箱为副控制对象。选择进水阀门为执行机构,基于 Matlab 建模仿真,采用PID 控制算法,整定 PID 参数,得出合理控制参数。2 2 对象分析和液位控制系统的建立对象分析和液位控制系统的建立2.12.1 水箱模型分析水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数,上水箱液位为副调节参数,构成传统液位串级控制系统,其结构原理图如图 1 所示。3图 1 双容水箱液位控制示意
3、图系统主要由调节器 LC1、副调节器 LC2、调节阀、上水箱、下水箱、压传感器 LT1 和 LT2 等组成。利用水泵将储水槽中的水输出,通过电动调节阀调节上水位进水流量,使下水箱液位保持恒定。2.22.2 阶跃响应曲线法建立模型阶跃响应曲线法建立模型阶跃响应是指输入变量的变化引起的系统时间响应,可测定系统的阶跃响应,从而拟合系统传递函数。系统通过泵供水,首先手动调节阀开度,改变水箱液位给定量,相当于施加了输入量的阶跃变化,从而得到响应曲线。即上水箱的传递函数为:【1】【1】(2-1) sessG5 1108519. 0)( 下水箱的传递函数为:(2-2)sessG10 1100461. 0)( 图 2 水箱模型测定原理图42.32.3 控制系统选择控制系统选择2.3.12.3.1 控制系统性能指标控制系统性能指标【2】【2】(1)静态偏差:系统过渡过程终了时的给定值与被测参数稳态值之差;(2)衰减率:闭环控制系统被施加输入信号后,输出响应中振荡过程的衰减指标,即振荡经过一个周期以后,波动幅度衰减的百分数。为了保证系统足够的稳定程度,一般衰减率在 0.75-0.9;(3)超调量:输出响应
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