基于matlab的水塔水位控制设计,水箱液位控制系统设计

内容简介：

水箱液位控制系统设计，课程设计论文，共31页，11974字。

摘要

水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。

本次课程设计通过将电磁流量计和涡轮流量计分别作为主管道和副管道控制系统的调节阀控制水箱液位高度。首先通过测取被控液位高度过程的图像，建立了主回路的进水流量和主管道流量、进水流量和水箱(上)液位高度、副回路进水流量和水箱(上)液位、双容水箱的进水流量和水箱(下)液位之间的数学模型，从而加强了对液位控制系统的了解。然后，通过参数试凑法对PID参数的调试，实现了单容水箱液位(上)的单回路控制系统和双容水箱液位的单回路控制系统控制器的设计。最后通过MATLAB仿真实验，加深了对双容水箱滞后过程已经串级水箱液位过程和前馈控制系统的理解，对工业控制工程中对控制系统设计过程有了一定的认识。

关键词：水箱液位 控制器 PID参数整定 串级控制 前馈控制

目录

1 引言3

2 课程设计任务及要求3

2.1 实验系统熟悉及过程建模3

2.2 实现单容水箱(上)液位的单回路控制系统设计3

2.3 实现双容水箱液位(上下水箱串联)的单回路控制系统设计4

2.4 实现水箱(上)液位与进水流量的串级控制系统设计4

2.5 实现副回路进水流量的前馈控制5

3 实验系统熟悉及过程建模5

3.1 系统结构5

3.2 过程建模6

3.2.1 进水流量和主管道流量模型6

3.2.2 进水流量和上水箱液位模型8

3.2.3 副回路流量与上水箱液位数学模型9

3.2.4 双容水箱串联进水流量与下水箱液位模型11

4 单容水箱液位的单回路控制系统设计12

4.1 结构原理12

4.2 单容水箱控制器PID参数整定13

4.2.1 单容水箱比例系数Kp的整定14

4.2.2 单容水箱积分时间参数整定14

4.2.3 单容水箱微分时间参数整定15

4.3 单容水箱旁路阶跃干扰响应曲线15

4.4 单容水箱副回路进水阶跃干扰响应曲线16

4.5 干扰频繁剧烈变化的解决办法17

5 双容水箱液位的单回路控制系统设计17

5.1 双容水箱单回路控制系统原理17

5.2 双容水箱控制器PID参数整定仿真实验19

5.2.1 比例参数的整定19

5.2.2 积分常数参数的整定20

5.2.3 微分常数参数的整定20

5.3 双容水箱抗干扰能力检验21

5.4 双容水箱提高控制质量方法21

6 实现上水箱液位与进水流量的串级级控制系统设计22

6.1 串级副回路参数整定24

6.2 串级主回路参数整定25

6.2.1 串级主回路比例参数整定26

6.2.2 串级主回路积分参数整定26

6.2.3 串级主回路微分参数整定27

6.2.4 串级控制系统给定负阶跃响应曲线27

6.3 副回路进水流量剧烈变化解决办法27

7 副回路进水流量的前馈控制28

7.1 副回路进水流量和水箱上液位前馈-反馈复合控制系统28

7.2 前馈控制器模型的确立28

7.3前馈-反馈复合控制系统PID参数整定29

7.4 前馈-反馈复合控制系统不加前馈控制器29

8 收获体会和建议30

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