单容水箱液位定值PID数字控制系统

制 ，输 出的信号通 过Ｄ Ａ 换器和保持器后输 出Ｐ Ｍ ／转 Ｗ 信
号，用所 产生 的Ｐ Ｍ Ｗ 控制驱动 电机的转速进 而控制微 型水泵来控制水流量的大小 。这 样实现对 单容 水箱液 位 的定值控制。
先进 的控制技术 ，即当被控对象的结构和参数不 能完 全 掌握 ，或得不到精确的数学模型时 ，控 制理论 的其
、
ＰＤ数 字控 制 系统 对水箱水 位的控 制 Ｉ
（ 控制流程 图 一）
“
．
｛蛐
｝
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小 ；液 位 ｈ 的变 化 反 映 了 由 于 ｑ与 ｑ不 相 等 而 引起 的
液位在单容 水箱 内的积 累 。设 ｈ 为被控 量 ，ｑ为输 入 ｌ
量，ｑ为扰动量，构成单输入有扰动 的系统 。 。 单容水箱液位控制结构图见 图３ ：
这 是累计流量的关系式。
系统研究更关心 的是在某平衡 状态下的增量式 ， 设各个参数分别为ｑ。 。 。 、ｑ。 ，则增量为 ： 、ｈ
△ ｌ ｑ —ｑ 。 ｇ ｌ ｌ
ｄｉ ｐｖ， ＳＶ， ｅｉ， ｅｘ， ｅｙ， Ｋ， Ｔｉ， Ｔｄ， ｑ ｍ Ｏ，
ｑ ，ｑ ，ｏ ，ｈ ｌ ２ ｐ
传统 的水箱液位控制多采用包含手动控制方式的
单回路控制， 同时采用 传统 的指针式机械仪表来显示 液位的当前值 ，如浮子式、磁 电式 、接近开关式 、电 容式 、声波式等 。而２ 世纪发展 中的Ｐ Ｄ １ Ｉ 控制 是～项
机 中用Ｖ Ｓ ｒ ｐ 编程 ，所采集 的信 号通过数字Ｐ Ｄ Ｂ ｃ ｉｔ Ｉ 控
— —
：
Ｏ
（ ） ４
Ｔ Ｒ Ｃ ”液位ｈ ％ ”，ｈ ＴＡＥ ＝ｆ ｓ＝Ｏ ｖ ｌ 水箱液位 的控制高度 ，单位ｃ ｍ
Ｐ 数 参 Ｉ 数 参 Ｄ 数 参
在动态时 ，求出流 出量ｑ与液位ｈ 。 的关系 。 ， 由流体力学知 ：
ｇ ２＝ （） ５
Ｋ８ ＝ Ｔ ＝ ｉ３ Ｔ ＝ ｄＯ
ｑ — ｌ ｑ２ （） １
用 压力变 送 器实 时采 集单 容水 箱 的液位 高度 ， 信 号通过Ａ Ｄ ／ 转换器和 保持器实现信 号离散化后 通过 ＴＢＤ Ｈ Ｘ 数据采 集卡输 入到计 算机 中 。数字Ｐ Ｄ Ｘ 在计 算
１０ ２ ｏ 中阁高｛竣书佘业 ２ １ ２ Ｉ ｌ ｝ ０ ２０
Ｉ Ｉ －
】 Ｒ
０：
规律直接变 换得到 的数字Ｐ Ｄ 制器 ，它是按偏 差的 Ｉ控
比例 （ ）、积 分 （ ）、微分 （ ）组合而成 的控 制 Ｐ Ｉ Ｄ 规律 。
图３
设 单 容 水 箱 的 截 面 积 为 Ａ 水 箱 底 面 直 径 为 ， Ｄ １ ｃ ，高度 为ｈ ＝ ５ｍ ，最高高度为 １ ｃ 。水 体积为Ａ ， ８ｍ ｈ 根据物 料平衡关系有 ：
图 １流 程 图
图 ２ 系 统 原 理 图
（ 数 字控制系统原理 图 二） 图２ 为单容 水箱单 回路控制 闭环 系统 。被控对 象
为 单 容 水箱 。
圈 ； 囤 圈
０１
控 制器 采用 了工业过 程控 制 中所采 用 的最广 泛
的控制 器——Ｐ Ｄ Ｉ 控制 器 。通 过计算 机模拟 Ｐ Ｄ 制 Ｉ控
单 容水箱液位 定值 Ｐ Ｄ 数 字控制 系统 Ｉ
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严伟 灿
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蓥蚋 触ｌ 酬茧 鞠 盘 瓣 鼬
（ 兴 欧力 一卧 龙振 动机 械 有 限公 司 ， 江 上 虞 ３ ２ ０ 绍 浙 １ ＰＤ 数字控 制 系统主要 采 用数 字 ＰＤ 控制 单容 水箱 的液位 高度 。首先 用压力 变送 器 Ｉ Ｉ 实时采 集单容 水箱的 液位 高度 ，信 号通过 Ａ／ 转换 器 实现信 号 离散 化后通过 Ｔ ＸＤ 数据 采 集卡 输入 到计 算 Ｄ ＨＢ 机 中。数 字 ＰＤ 在计算机 中用 ＶＢ ｃｉｔ Ｉ Ｓｒ 编程 ，所采集 的信 号通过 数字 ＰＤ 控制 ，输 出的信 号通 过 Ｄ／ ｐ Ｉ Ａ转换 器 和零阶保持 器后 输 出 Ｐ ＷＭ 信 号 ，用所产生的 Ｐ Ｍ 控 制驱动 电机的转速进 而控 制微 型水 泵来控制 水流量 的大 Ｗ 小。这样 实现对 单容水 箱液位的 定值 控制 ，准确达到 所要求的 液位 高度 ，并具有 良好 的稳 态性能和动 态性 能。 关键词 ： 字 ＰＤ ； 数 Ｉ 单容 水箱液位 ； 定值 ； Ｉ 字控 制 系统 ； 箱水位控 制 ； Ｉ 控制 算法 ＰＤ数 水 ＰＤ 中 图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： ０９ ２ ７ ２ １ ） ６ ０２ — ３ １０— ３４（ ０２ ０ — １０ ０
ｓｂ Ｉ ｉ ｉ ｌｚ ａ ｇ ｕ ｎ ｔ ａ ｉｅ（ ｒ ）
Ｗ ｔ Ｄａ ａ ｒｉ ｅ ｔ ０ ， ｌ ｅ ｄ ｕ ｎ ｓ ｂ
变量定义
初始化 函数
Ａ２ ｑ一 ｚ ｑ ２ ｑ ｏ
（ ） ２
Ａ ｈ：ｈ 红 一
则 式 （ ）为 ： ２
Ａｌ Ａ ２ ｑ－ ｑ － ㈩
式 中，
、ｖ和Ａ分别是 出 口流体 的密度 、速度 。 。
它技术难以采用时，这时应用Ｐ Ｄ Ｉ 控制技术最为方便， 在单容水箱液位控制上具有 良好的稳态性和动态 性。
一
二、 Ｉ Ｐ Ｄ数字控 制 系统水 箱水位 运算 及 Ｐ Ｄ Ｉ 控制算法流 程和程序
（ 水箱水位运算 一） 已知 单容水箱 的流入量 为ｑ ，改变 阀１ 的开度 可
以改变 ｑ 的大小 ；单容 水箱 的流 出量 为ｑ ，它 取 决 于用户 的需要 ，改变 阀２ 的开度可 以改变流 量ｑ的大
ｓｂ Ｔ ｋ Ｏ ｅ ｔｐ （ ｒ ） ｕ ａ ｅｎ Ｓ ｅ ａ ｇ ｐ ｖ＝Ｒ ａ Ｄ ｔ １ ｅ ｄ ａ ａ（ ）
ｈ （ｖ １ ． ２５ ： ｐ — ） １ ．
Ｔ Ｔ Ａ Ｅ ｐ ＝ ， ｐｖ Ｔ Ｒ Ｃ ｖ ％ｆ
算法运行 函数 当前测量值
在静态时 ：
△ｇ １＝ △ ｄＡｈ