单容水箱系统建模及PID控制仿真.ppt

单容水箱系统建模及PID控制仿真1 、模型建立 在化工及工业锅炉自动控制系统中, 有许多问题最终都可归结为“水箱系统”的液位控制问题对“水箱系统”的液位控制问题进行认真和透彻的研究，对从事自动控制系统的工程技术人员来说,，具有很重要的意义， “水箱系统”液位控制系统的工艺过程原理如图1 所示编辑ppt图1 　“水箱系统”的液位控制工艺过程原理图 图1 中, 入口处的阀门由一个调节器控制, 以保持水位不变, 出口处的阀门由外部操纵, 可将其看成一个扰动量编辑ppt符号说明:Q1 —水箱流入量;Q2 —水箱流出量;A —水箱截面积;u —进水阀开度;f —出水阀开度;h —水箱液位高度;h0 —水箱初始液位高度;K1 —阀体流量比例系数假设f 不变, 系统初始态为稳态, h0 = 2m , K1 =10 , A =10m² 编辑ppt<1>由物料平衡得： Q1- Q2=A × dh/dtQ1=K1 ×uQ2=K1 × √h代入方程得平衡方程：dh/dt=1/A ×(K1 × u- K1× √h) ①<2>上式是一个非线性方程，如果水位保持在小范围内变化，我们可将上式线性化，首先把平衡方程改为增量形式。

在稳定平衡状况下：0=1/A×(Q10-Q20) ②将① ②两式相减得方程增量形式： ΔQ1 - ΔQ2 = A × d Δ h/dt ③ ΔQ2=K1/(2 × √h0 ) × Δh ④ΔQ1=K1 × Δu ⑤ <3>对①②③式进行拉普拉斯变化得:△Q1 ( s) -△ Q2 ( s) = s ×A ×△H( s) = 10s△ H( s)△Q1 ( s) = K1 ×△U ( s) = 10 ×△U ( s)△Q2 ( s) =K1/(2 ×√ h0)×△H( s) = 3.1536 ×△H( s)编辑ppt所以“水箱系统”液位控制系统图, 可以用图2表示图2 　“水箱系统”液位控制系统图编辑ppt2 、Simulink模型介绍该模型的simulink仿真图编辑ppt该模型各部分原件介绍：阶跃信号发生器：用于产生阶跃信号求和模块(Sum) :用于对多路输入信号进行求和运算,并输出结果PID控制器：设置 PID 实现控制器与比例,积分和微分作用Saturation饱和器：限制信号的范围，施加输入信号的上限和下限编辑ppt增益器：对输入信号乘上一个常数增益均匀分布随机信号器：Step 生成一阶跃函数 Uniform Random Number 生成均匀分布的随机数 积分器：对输入变量进行积分示波器：显示波形编辑ppt参数设置：将Gain,Gain1,Gain2的参数gain分别设置为3.536，10，0.1.改变PID控制器中的参数即可得到波形。

编辑ppt“水箱系统”液位控制系统在无调节器的情况下 , 过渡过程是一个非周期过程 , 是稳定的系统; 调节时间较短 , 响应比较迅速 , 但是 , 该系统为一个有静差的系统由图上可知，增大P调节可以相应的减小残差比比例例作作用用编辑ppt 1. “水箱系统”的液位控制可以实现无静差 ,并且具有较好的动态过程控制; 2. 当 I参数设置较大 , 即积分作用较强时 , 可以出现衰减振荡过程通常对 大多数的自动控制系统的动态过程 , 出现衰减振荡过程是人们所期望的 , 但如果仅对我们 这次所探讨的系统而言 , 应该是衰减振荡过程动态性能不如非周期过程理想; 3. 本系统采用 PI调节作用 , 对抗干扰性能的要求也能很好地满足 比比例例积积分分作作用用编辑ppt 比例比例P P调节调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快速这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在比例调节的残差随比例带的加大而加大积分积分I I调节调节该调节的主要特点是无差调节只要被调量偏差e为零时，I调节器的输出才会保持不变其另一个特点是它的稳定作用比P调节差过程振荡加剧，降低了系统的稳定性。

编辑ppt此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！编辑ppt。