水箱液位控制综合系统优秀课程设计

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

一、液位控制系统原理分析
1.1水箱液位控制系统原理框图
此次课程设计对水箱液位控制系统设计是一个简单控制系统, 所谓简单液位控制系统通常是指有一个被控对象, 一个检测变松单元一个控制器和一个实施器所组成单闭环负反馈控制系统, 也成为单回路控制系统。

简单控制系统有着共同特征, 她们都有四个基础步骤组成, 即被控对象, 测量变送装置, 控制器和实施器。

对不一样对象简单控制系统尽管其具体装置与变量不相同, 但都能够用相同方框图表示:
图1控制系统方框图
这是单回路水箱液位控制系统, 单回路调整系统通常指在一个调整对象上用一个调整器保持一个参数恒定, 而调整器只接收一个测量信号, 其输出也只控制一个实施机构。

本系统所要保持恒定参数是液位给定高度, 即控制任务是控制水箱液位等于给定值所要求高度。

依据控制框图, 这是一个闭环反馈单回路液位控制, 采取工业智能仪表控制。

1.2被控过程传输函数通常形式
依据被控过程动态特征特点, 经典工业过程控制所包含及被控对象传输函数通常含有下述多个形式
1一阶惯性加纯拖延
s e Ts k
s G τ-+=1
)( ()11-
2 二阶惯性步骤加纯拖延
s e s T s T K
s G τ-++=)
1)(1()(21 )21(-
3 N 阶惯性步骤加纯拖延
s
n
e Ts K s G τ-+=)1()( )31(-
上述3个公式只适适用于自衡过程。

对于非自衡过程, 其传输函数应包含有一个积分步骤, 即
s
e Ts
s G τ-=
1)( )41(- s e s T s T s G τ-+=)
1(1
)(21 )51(-
二、建立被控对象数学模型
2.1求传输函数
依据阶跃响应试验数据如表1
表1 阶跃响应数据
使用Matlab编辑.m文件, 得出阶跃响应曲线。

Matlab程序以下: t = [0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800];
h = [0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.5 18.4 19.2 19.6 19.8 20]; plot(t,h)
grid on
hold on
得到阶跃响应曲线再取0.39和0.62处t值如图2、图3
图2阶跃响应曲线(1)图3 阶跃响应曲线(2)
2.2计算传输函数并仿真
由图1图2可知, 在0.39和0.62处t 值分别为128.2和201.7 依据τ=2t (0.39y(无穷)-t (0.63y(无穷)) T=2t (t (0.63y(无穷)-t0.39y(无穷))
可得出K=1、 τ=55、 T=147 从而得到传输函数为 S e S s G 551
1471
)(-+=
对该对象进行仿真如图4、 图5:
图4 原系统simulink 结构图
图5 阶跃响应曲线
三、 控制系统参数整定及MATLAB 数字仿真
3.1 选择控制方案
选择PID 单闭环控制, 其控制原理图6以下:
图6 控制系统原理图
经过调整)(s G c 中PID 参数使得广义对象特征改善, 降低调整时间。

Q
Y
U
M Y
E
R _
)(s G c
)
(s G v )(s G p
)(s G m
3.2 参数整定计算
建立对象simulink 模型, 仿真如图7:
图7 simulink 模型
经过调整控制器中PID 参数, 使调整时间减小, 而且速度提升前提下超调小于25%, 且使稳态无差。

采取等幅振荡曲线法整定计算PID 参数当35.8=δ, 1001=T ,25=D T 时得等幅振荡曲线如图8
图8等幅振荡曲线
此时P=0.12, I=0.01, D=25, 将三个数据带入PID调整器中得到图9
图9 PID整定曲线(1)
δ>25%,继续调整PID参数I=0.005时得到图10, 由图可由图可知超调量
P
δ≤25%。

知超调量
P
图10 PID整定曲线(2)四、系统调试、性能分析
(1)超调量δ=22%
(2)峰值时间:
t=0.7S
f
t=1.8S
(3)过渡过程时间
s
(4)余差y=1-1=0
(5)第一个波峰值y1=0.22
(6)第二个波峰值y2=0.01
(7)衰减比η=y1/y2=22
(8)衰减率Ψ=(y1-y2)/y1=0.95
(9)振荡频率
w=2π/p=4.8
d
全部P、 I、 D参数P=0.12, I=0.005, D=25
五、设计总结
在液位系统控制器设计中, 建立了被控对象数学模型、利用MATLAB仿真及调试试验, 同时完成软件设计方面工作。

在此次毕业设计中, 经过查阅大量资料, 使我知识得以扩充, 加深了对本专业认识, 这次毕业设计经过老师指导以及自己努力, 我圆满完成了任务, 达成了设计目。

我学会了过程控制设计基础方法, 对系统整体分析。

经过前面大量研究工作, 本课题得出了以下结论:
1 采取测试法对液位系统进行模型分析, 推导出了被控对象数学模型。

2 经过MATLAB数字仿真, 确定被控对象模型正确性。

3 采取稳定边界法对控制系统参数进行整定。

4 经过MATLAB数字仿真, 对多个PID参数整定方法进行性能分析。

经过这次设计使我明白了有些东西看上去非常简单, 当自己置身其中去做时, 并不轻易。

在毕业设计这段时间里, 我也发觉了自己所应改善或是较为缺乏部分, 其一是分析问题能力, 可能是自己学习不够扎实, 实习中碰到了不少钉子, 碰到问题时头脑茫然。

二是处理问题成熟度, 这可能是个性使然, 再加上缺乏经验累积和历练所以在处理设计中问题时, 轻易慌慌张张。

这次设计也让我在此体会到了书本上学习到专业知识和实际应用起来是两个完全不一样概念, 所以在
现阶段学习中, 我们关键是应该去学习专业理论知识, 学习掌握分析问题和处理问题能力。

在以后工作中, 把理论和实际相结合, 努力实现大学所学习理论知识。

所以说, 这次课程设计也是对以前所学知识一个初审。

对于我以后学习, 找工作也是受益匪浅。

我感性回到理性重新认识, 深入对社会认知, 对于以后工作所应把握方向也有所启发!
六、参考文件
[1] 王琦. 计算机控制技术. 上海: 华东理工大学出版社, .
[2] 王银锁. 过程控制系统. 北京: 石油工业出版社,
[3] 何离庆. 过程控制系统与装置. 重庆: 重庆大学出版社,
[4] 方康玲. 过程控制与集散控制系统. 北京: 电子工业出版啥,
[5] 舒迪前. 估计控制系统及其应用. 北京: 机械工业出版社,。

相关文档
最新文档