雙容水箱液位控制開題報(bào)告

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1、.自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)雙容水箱系統(tǒng)——開題報(bào)告學(xué)校：北京工業(yè)大學(xué)學(xué)院：電控學(xué)院專業(yè)：自動化班級：組號：第五組組員：實(shí)驗(yàn)日期：指導(dǎo)教師：-..目錄1、緒論…………………………………………………………………22、研究對象的數(shù)學(xué)模型及特性分析…………………………………33、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求………………………………………54、控制器的選擇與控制方案的設(shè)計(jì)與仿真………………………65、擬采用的實(shí)驗(yàn)步驟及理想的實(shí)驗(yàn)曲線…………………………156、模型參數(shù)獲取的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)………………………………………177、附錄…………………………………………………………………19-..-..1緒論雙容水箱系

2、統(tǒng)是一種比較常見的工業(yè)現(xiàn)場液位系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，雙容水箱控制系統(tǒng)在石油、化工﹑環(huán)保﹑水處理﹑冶金等行業(yè)尤為常見。通過液位的檢測與控制從而調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，以便保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。經(jīng)過比較和篩選，串級控制系統(tǒng)PID控制無論是從操作性、經(jīng)濟(jì)性還是從系統(tǒng)的控制效果均有比較突出的特性，因此采用串級控制系統(tǒng)PID控制對雙容水箱液位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。論文以THBDC-1型控制理論?計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為出發(fā)點(diǎn)，利用MATLAB的曲線擬合的方法分別仿真出系統(tǒng)中上水箱、下水箱的輸出響應(yīng)曲線。對曲線進(jìn)行處理求出各水箱的參數(shù)，用所求出的參數(shù)列寫出水箱的

3、傳遞函數(shù)。采用復(fù)雜控制系統(tǒng)中的串級控制系統(tǒng)列寫出系統(tǒng)框圖，根據(jù)串級控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定的方法整定出主控制器和副控制器的P、I、D的數(shù)值，從而滿足控制系統(tǒng)對各項(xiàng)性能的要求。-..2、研究對象的數(shù)學(xué)模型及特性分析在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，需要針對被控過程中的合適對象建立數(shù)學(xué)模型。被控對象的數(shù)學(xué)模型是設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)、確定控制方案、分析質(zhì)量指標(biāo)、整定調(diào)節(jié)器參數(shù)等的重要依據(jù)。被控對象的數(shù)學(xué)模型（動態(tài)特性）是指過程在各輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在液位串級控制系統(tǒng)中，我們所關(guān)心的是如何控制好水箱的液位。上水箱和下水箱是系統(tǒng)的被控對象，必須通

4、過測定和計(jì)算他們模型，來分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)特性，為其他的設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。上水箱和下水箱為過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中上下兩個(gè)串接的有機(jī)玻璃圓筒形水箱，另有不銹鋼儲水箱負(fù)責(zé)供水與儲水。2.1水箱模型分析雙容水箱液位控制結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖2-3雙容水箱液位控制結(jié)構(gòu)圖設(shè)流量Q1為雙容水箱的輸入量，下水箱的液位高度H2為輸出量，根據(jù)物料動態(tài)平衡關(guān)系，并考慮到液體傳輸過程中的時(shí)延，其傳遞函數(shù)為式中K=R4，T1=R2C1，T2=R4C2，R2、R4分別為閥V3和V4的液阻，C1和C2分別為左水箱和右水箱的容量系數(shù)。式中的K、T1和T2可由實(shí)驗(yàn)求得的階躍響應(yīng)曲線求出。具體的做法是在下圖所示的階躍

5、響應(yīng)曲線上?。?..圖2-4階躍響應(yīng)曲線1）、h2（t）穩(wěn)態(tài)值的漸近線h2(∞)；2）、h2（t）

6、t=t1=0.4h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)A和對應(yīng)的時(shí)間t1；3）、h2（t）

7、t=t2=0.8h2(∞)時(shí)曲線上的點(diǎn)B和對應(yīng)的時(shí)間t2。然后，利用下面的近似公式計(jì)算式1-6中的參數(shù)K、T1和T2。其中：對于式（1-6）所示的二階過程，0.32

8、意：在以上對象模型的分析過程中，忽略了泵、進(jìn)水閥、出水閥等環(huán)節(jié)對水箱模型的影響，因此水箱特性的實(shí)際測試結(jié)果，可能與理論分析有一定偏差。-..3、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求雙容水箱性能指標(biāo)要求：（1）衰減率4:1～10:1（2）超調(diào)量（3）調(diào)節(jié)時(shí)間（4）穩(wěn)態(tài)誤差-..4、控制器的選擇與控制方案的設(shè)計(jì)與仿真1、控制器——PID控制原理目前，隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PID控制技術(shù)日趨成熟。先進(jìn)的PID控制方案和智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，并且在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)

9、，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。++r(t)比例P積分I微分D被控對象y(t)圖2.1PID控制基本原理圖PID控制器是一種線性負(fù)反饋控制器，根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際值y(t)構(gòu)成控制偏差：式（3.1）控制規(guī)律為：式（3.2）或以傳遞函數(shù)形式表示：