水箱液位控制系统课程设计
水箱液位自动控制系统设计
第一章水箱液位自动控制系统原理液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。
液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。
根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。
结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
应用范围在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。
图1.1中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。
图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。
也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。
因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。
只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。
性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。
性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。
性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。
不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。
尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。
有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。
在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。
由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。
基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计
基于PID的上水箱液位控制系统设计过程控制系统课程设计基于PID的上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书1.设计内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。
具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。
2.设计要求1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。
2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数；5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试；6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。
3.参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：基于PID的上水箱液位控制系统设计目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计
精选文档过程控制系统课程设计基于PID的上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书1.设计内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。
具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。
2.设计要求1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。
2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数；5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试；6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。
3.参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章 PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程设计(可编辑)
基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程设计太原理工大学过程控制系统课程设计设计名称水箱液位系统的控制设计目录摘要III任务书IV第1章绪论 41.1过程控制的定义 41.2过程控制的目的 41.3过程控制的特点 51.4过程控制的发展与趋势5第2章水箱液位控制系统的原理 62.1 人工控制与自动控制 6 2.2 水箱液位控制系统的原理框图 7 2.3 水箱液位控制系统的数学模型 8第3章水箱液位控制系统的组成113.1 被控制变量的选择113.2 执行器的选择 113. 3 PID控制器的选择143.4 液位变送器的选择15第4章PID控制规律174.1 比例控制174.2积分控制(I) 194.3微分控制(D) 194.4比例积分控制(PI) 204.5比例积分微分控制(PID) 20第5章利用MATLAB进行仿真设计..205.1MATLAB设计205.2 MATLAB设计任务215.3 MATLAB设计要求215.4 MATLAB设计任务分析215.5 MATLAB设计内容255.5.1主回路的设计255.5.2副回路的设计255.5.3主、副回路的匹配265.5.4 单回路PID控制的设计27 5.5.5串级控制系统的设计32 5.5.6串级控制系统的PID参数整定 34总结36参考文献36摘要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题,?例如居民生活用水的供应,?饮料、食品加工,?溶液过滤,?化工生产等多种行业的生产加工过程,?通常需要使用蓄液池,?蓄液池中的液位需要维持合适的高度,?既不能太满溢出造成浪费,?也不能过少而无法满足需求。
因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数,特别是在动态的状态下,采用适合的方法对液位进行检测、控制,能收到很好的效果。
?PID控制(比例、积分和微分控制)是目前采用最多的控制方法。
本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程,涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。
水箱液位控制系统设计设计
水箱液位控制系统设计设计一、系统概述水箱液位控制系统是一个智能化的系统，用于控制水箱液位并保持在设定的范围内。
该系统由传感器、控制器和执行器组成，通过传感器检测水箱液位，并将液位信号传输给控制器，控制器根据设定的参数进行判断和控制，最终通过执行器完成控制动作。
二、系统组成1.传感器：使用浮球传感器或超声波传感器来检测水箱液位。
传感器将液位转化为电信号，并传输给控制器。
2.控制器：控制器是系统的核心部分，它接收传感器的信号，并进行处理和判断。
控制器可以根据设定的参数来判断液位是否达到目标范围，并通过输出信号来控制执行器的动作。
此外，控制器还需要具备人机界面，方便用户进行参数设置和监测。
3.执行器：执行器根据控制器的控制信号，完成相应的动作。
例如，当液位过高时，执行器可以控制水泵关闭或排水阀打开，以降低液位；当液位过低时，执行器可以控制水泵开启或进水阀打开，以提高液位。
4.电源：为整个系统提供电能。
三、系统设计思路1.确定液位控制的范围：根据实际需求，确定水箱液位的上限和下限。
一般情况下，液位控制范围应在50%至85%之间。
2.选择合适的传感器：根据水箱的结构和液位控制要求，选择合适的传感器。
浮球传感器适用于小型水箱，超声波传感器适用于大型水箱。
3.设计控制器：控制器的主要功能是接收传感器的信号、处理和判断液位，并输出控制信号。
在设计控制器时，需要考虑如下几个方面：-信号处理：传感器的信号可能存在噪声，需要进行滤波处理，保证信号的准确性。
-参数设置：控制器应提供人机界面，方便用户根据实际需求设置参数，例如液位上下限、启停时间等。
-控制算法：根据设定的参数，控制器需要实现相应的控制算法，例如比例控制、积分控制等。
-控制输出：控制器根据判断结果输出控制信号，控制执行器的动作。
4.选用适配的执行器：根据液位控制要求，选择适合的执行器，例如水泵、进水阀、排水阀等。
5.系统集成与调试：将传感器、控制器和执行器进行连接和集成，进行系统调试和性能测试。
双容水箱液位控制系统设计课程设计任务书
重庆科技学院
课程设计任务书
设计题目：双容水箱液位控制系统设计
学生姓名
课程名称化工过程控制系统设计Fra bibliotek专业班级
自动化2009
地点
I502
起止时间
2012.12.3～2012.12.21
教研室主任：指导教师：年月日
进度
要求
1.A3000系统组成、功能、使用简介（第一周：周1）
2.对各设计项目工艺流程、工艺要求的理解；（第一周：周2）
3.控制系统流程图、控制系统框图设计（第一周：周3）
4.双容水箱对象特性测定（第一周：周4）
5.控制系统方案设计：被控量、控制量的选择；检测装置选择；执行器选择；控制器选择。（第一周：周5）
6.绘制电气连接图（用Protel绘制）（第二周：周1）
7.了解监控软件（组态）（第二周：周2）
8.控制系统运行及参数整定；.撰写设计报告（第二周：周3～周4）
9.撰写、提交设计报告（第二周：周5）
参
考
资料
A3000实验指导书
过程控制工程，邵裕森，机械工业出版社，2010.1
其他
说明
１.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。２.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
6.撰写设计报告
性能要求：无余差，衰减比5，最大超调30%。
设计
参数
设计报告正文至少包含以下内容：工艺及要求说明；控制系统流程图及说明；控制框图及说明；实验数据、曲线、图表等；方案设计所涉各项的选择依据（原则）及所选设备的型号、技术指标；系统电气连接图（用Protel绘制）；参数整定方法、步骤及整定响应曲线（至少2条）；系统控制质量说明（余差、衰减率、最大振幅、过渡时间）
水箱液位自动控制系统设计
第一章水箱液位自动控制系统原理液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。
液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。
根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。
结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
应用范围在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。
图1.1中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。
图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。
也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。
因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。
只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。
性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。
性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。
性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。
不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。
尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。
有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。
在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。
由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。
plc水箱水位控制课程设计
plc水箱水位控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和工作过程。
2. 学生能掌握水箱水位控制系统的组成、功能及相互关系。
3. 学生能了解并运用水位传感器进行水位信号的采集和处理。
技能目标：1. 学生能运用PLC编程软件进行水箱水位控制程序的编写和调试。
2. 学生能通过实际操作，完成水箱水位控制系统的搭建和故障排查。
3. 学生能运用相关工具和仪器进行水位控制系统的性能测试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学，积极探索PLC技术在工程领域的应用。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与交流能力。
3. 增强学生的环保意识，了解水位控制技术在节能减排方面的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能独立完成水箱水位控制系统的设计方案。
2. 学生能运用所学知识，编写并调试PLC程序，实现水位控制功能。
3. 学生能通过实验报告、口头汇报等形式，展示水箱水位控制系统的搭建过程及成果。
4. 学生在课程结束后，能对PLC技术在水处理、化工等领域的应用进行初步分析，并提出自己的见解。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PLC基本原理与结构：介绍PLC的组成、工作原理、性能指标等，使学生了解PLC的基础知识。
关联教材章节：第一章PLC概述。
2. 水箱水位控制系统组成：讲解水箱水位控制系统的各个组成部分，包括水位传感器、执行器、PLC等，并分析它们之间的相互关系。
关联教材章节：第二章PLC控制系统设计。
3. PLC编程软件的使用：教授PLC编程软件的基本操作，包括程序编写、调试和下载等，使学生掌握PLC编程的基本技能。
关联教材章节：第三章PLC编程技术。
4. 水位控制程序编写与调试：指导学生编写水位控制程序，并进行调试，实现水箱水位的自动控制。
关联教材章节：第四章PLC应用实例。
水箱液位控制设计
目录第一章概述 (1)1.1 题目背景及应用意义 (1)1.2 本文内容及工作安排 (2)第二章被控对象数学建模 (3)2.1 系统组成 (3)2.2被控对象数学建模 (6)第三章控制策略设计及仿真研究 (12)3.1 控制策略设计 (12)3.2 仿真研究 (14)第四章控制策略实现 (20)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (20)4.2 运行结果分析 (23)第五章总结 .......................................... 错误！未定义书签。
参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。
附录被控对象S函数源代码 ............................ 错误！未定义书签。
第一章概述1.1 题目背景及应用意义题目背景：双容水箱液位控制系统实验装置是模拟工业生产过程中对液位,流量参数进行测量、控制、观察其变化特性、研究过程控制规律的工具,具有过程控制的大惯性、大时延、非线性、难以对其进行精确控制的一般特点,是研究控制理论与控制过程、过程控制教学、实验和研究的理想课题。
液位控制的工业应用自动控制技术在中国的推广使用较晚，但近年来发展较快。
国内现在做液位自动控制系统方面的设计公司很多，但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多，所以人们清楚地认识到自动控制技术在液位控制工业应用中的重要地位和作用，70年代至今，由于集成电路及计算机技术的飞速发展，实现了过程控制最优化与自动化技术相结合的计算机控制，随着这个过程，控制理论的应用有了新的发展，各种先进控制技术也能广泛应用于工业过程。
液位控制本身具有过程控制中动态过程的一般特点：大惯性、大时延、非线性，控制过程比较复杂，但是，随着社会生产力的发展，自动化技术的日趋成熟，各种先进控制技术也应用到液位控制中来，如自适应控制、预测控制、模糊控制、还有可以用神经网络进行控制，甚至应用建模技术，可以对过程实时建摸，更加提高了控制效果。
前馈反馈水箱液位控制系统课程设计
前馈反馈水箱液位控制系统课程设计馈反馈水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，广泛应用于工业生产中。
本文将重点介绍该系统的工作原理、硬件组成和控制方法。
一、工作原理馈反馈水箱液位控制系统的工作原理基于反馈控制理论，其目的是通过测量水箱液位并将其与设定值进行比较，从而控制水泵的运行，使水箱液位始终保持在预定范围内。
具体来说，系统通过传感器对水箱液位进行实时监测，并将监测结果传送给控制器。
控制器将监测到的液位信号与设定值进行比较，如果液位过低，则控制器会启动水泵，将水从水源中抽取到水箱中，直到液位达到设定值。
如果液位过高，则控制器会停止水泵，直到液位降至设定值以下。
二、硬件组成馈反馈水箱液位控制系统由传感器、控制器、水泵等组成。
其中，传感器负责测量水箱液位，控制器负责对液位进行监测和控制，水泵负责将水从水源中抽取到水箱中。
传感器通常采用浮球式液位传感器或压力式液位传感器。
浮球式液位传感器通过浮球的上下运动来实现液位的监测，而压力式液位传感器则是通过传感器底部的压力传感器来实现液位监测。
控制器通常采用PLC或单片机等控制器，可根据实际需求选择。
水泵则根据实际需求选择不同类型的水泵，例如离心泵、自吸式泵等。
三、控制方法馈反馈水箱液位控制系统的控制方法基于PID控制算法，其中P代表比例控制、I代表积分控制、D代表微分控制。
PID控制算法的主要目的是使系统的输出值与设定值之间的误差最小化，从而实现系统的稳定性和精度。
具体来说，系统将液位信号与设定值进行比较，并根据误差大小计算出控制量。
比例控制是根据误差大小直接计算控制量，积分控制是根据误差的积分值计算控制量，微分控制是根据误差的微分值计算控制量。
三种控制方式结合起来，形成了PID控制算法。
在实际应用中，PID控制算法需要进行参数调整，以保证系统的稳定性和控制精度。
通常采用试错法或自整定控制器等方法进行参数调整。
馈反馈水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，通过传感器对水箱液位进行实时监测，并将监测结果传送给控制器，从而控制水泵的运行，使水箱液位始终保持在预定范围内。
水箱液位控制系统设计
水箱液位控制系统设计一、引言二、水箱液位控制系统功能需求1.实时监测水箱内的液位，能够准确地反映水箱的水位高低。
2.自动控制水泵的启停，能够根据液位情况自动控制水泵的工作状态。
3.监测和报警功能，当水箱液位过高或过低时，能够及时发出警报，防止水箱溢满或干涸。
4.用户可通过控制面板进行参数设置和手动控制，便于系统的调试和操作。
三、系统硬件设计1.液位传感器：选择合适的液位传感器，如浮球式液位传感器、压力式液位传感器等，用于测量水箱内的液位。
2.控制面板：包括液晶显示屏、按键开关和警报器，用于进行参数设置、手动控制和状态显示。
3.控制器：采用单片机或PLC等控制器，用于控制水泵的启停和监测、处理液位传感器的信号。
4.电磁继电器：用于控制水泵的启停，根据控制器的输出信号来控制水泵的运行。
四、系统软件设计1.液位监测算法：通过液位传感器获取的模拟信号，经过模数转换后，传入控制器进行处理。
控制器根据预设的液位范围和阈值，判断并监测水箱的液位高低。
2.控制算法：根据液位监测的结果，判断是否需要启动或停止水泵。
当液位过低时，控制器输出控制信号，驱动电磁继电器闭合，启动水泵；当液位过高时，控制器输出控制信号，驱动电磁继电器断开，停止水泵。
3.参数设置界面：在控制面板上设计用户界面，用户可以通过按键设置液位的上下限值、警报阈值等参数。
4.警报功能：当水箱液位超过上限或低于下限时，控制器将发出警报信号，触发警报器报警，并在液晶显示屏上显示相应的警报信息。
五、系统测试与调试1.对液位传感器的测量精度进行测试，确认液位传感器和控制器的连接正确，信号传输正常。
2.进行液位控制的测试，对水箱进行填满、放空等操作，检查控制系统是否正常响应并进行相应的控制。
3.对警报功能进行测试，将液位设置为超过上限或低于下限的值，检查是否触发警报器和显示屏的报警信息。
六、系统优化与改进1.根据实际情况对控制算法进行优化，提高控制的精度和可靠性。
自动控制原理水箱水位课_程_设_计
自动控制原理课程设计多容水箱水位控制系统设计一、设计目的1.、初步掌握控制系统数学分析、设计、校验的基本方法，学会用数学模型解决实际问题。
2、应用MATLAB∕Simulink进行控制系统分析、设计、仿真及调试。
二、设计要求1. 根据控制理论知识进行人工设计校正装置，初步设计出校正装置传递函数形式及参数；2、进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求；3、确定校正装置的电路形式及电路参数。
三、设计思想在设计、分析控制系统时，最常用的方法是频率法。
应用频率法设计对系统进行校正，其目的是改变频率特性的形状，使校正后的系统频率特性具有合适的低调、中频和高频特性及足够的稳定裕量，从而满足系统所要求的性能指标。
频率法设计校正装置主要通过对数频率特性（Bode图）来进行。
开环对数频率特性的低频段决定系统的稳态误差，根据稳态性能指标确定低频段的斜率和高度。
为附近的斜率为保证系统具有足够的稳定裕量，开环对数频率特性在剪切频率c-20dB/dec,而且具有足够的中频宽度。
为抑制高频干扰的影响，高频段应尽可能迅速衰减。
四、设计题目多容水箱水位控制系统设计设单位反馈的多容水箱水位控制系统，其系统开环传递函数为)4)(1()(0++=s s s K s G o，用 频 率 设 计 法 设 计 滞 后——超 前 校 正 装 置，使校正后的系统满足如下性能指标：单位斜坡信号作用下速度误差系数110-=s K v ；校正后相位裕量o 40≥γ，即时域性能指标：超调量%30%≤M ，调整时间s t s 6≤，峰值时间s t p 2≤。
五、设计过程解：因为题目中要求110-=s K v ，则根据)()(lim 0s H s sG K s v →=且在I 型系统中0K K v =，所以求得400=K 。
则传递函数变形为： )125.0)(1(4)(0++=s s s K s G o根据400=K 做未校正时系统的Bode 图为：图1、未校正前的Bode 图从Bode 图中得 s rad w c /87.21=则相角裕量为： ︒-=--︒-︒=1525.0arctan arctan 90180110c c w w γ这说明系统的相角裕量远小于要求值，系统的动态响应会有严重的震荡。
课程设计-单容水箱液位控制-MCGS
综合实验报告综合实验名称自动控制系统综合实验题目单容水箱液位定值控制系统指导教师设计起止日期2013年1月7日～1月18日系别自动化学院控制工程系专业自动化学生姓名班级学号自控成绩目录目录 (2)正文 (3)设计内容 (4)应用MCGS组态软件 (4)构建实时数据库 (8)设备窗口 (11)策略及脚本 (15)综合测试 (20)实验结果 (21)总结 (23)参考文献 (23)正文第一部分一、课题单容水箱液位定值控制系统二、设计目的课程设计旨在使学生在深入消化课堂教学内容的基础上，综合应用所学课程的基本原理与方法，解决实际设计与应用问题，提高学生分析问题与解决问题的能力，并在设计工作中，学会查阅资料、系统设计、调试与分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。
1.根据自动控制系统的设计要求，学会方案比较和论证，初步掌握工程设计的基本方法；2.掌握各种变送器以及自动化仪表的工作原理和调校；3.掌握自动控制系统集成技术；4.掌握控制系统的通信技术，学会PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用；5.应用MCGS软件，学会控制算法的设计和调试；6.熟悉MCGS组态软件，学会监控界面、通信驱动程序等的设计；7.提高总结归纳、撰写设计报告的能力，应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。
三、课设设备TH PCAT-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），双容水箱；AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，PCL通讯线一根）四、课设所需软件MCGS组态软件五、设计内容课设原理说明单容水箱液位定值控制系统如下：图2—1 上水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图所示。
被控量为左上水箱（也可采用右上水箱或者下水箱）的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的左上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。
水箱液位控制课程设计
引言根据课程设计要求，本组成员在2012年5月14日至20日期间，在冶金馆四楼的工业流程自动化实验室进行了为期一周的课程设计实验。
本次课程设计，我们组选择的基本题目是单容水箱液位控制系统的设计，提高部分为单容水箱的串级控制系统的设计及双容水箱解耦控制系统的设计。
经过整整一周的实验后，我们组在完成了本次课程设计的基本题目，即单容水箱液位控制系统的设计后，继续完成了串级控制系统，并取得了不错的控制效果。
本文详细记录了一周内的实验内容、结论。
同时，由于设计经验及知识储备的不足，我们在实验中遇到了很多意料之外的问题，最后通过认真分析、查阅资料及咨询老师学长，也都有了相应的解决方案。
对此，本文也做了相应的总结。
全文一共分为介绍部分的序章及实验部分的四章总结部分一章。
其中，序章主要介绍了此次课程设计实验系统，第一章介绍了检测仪表的标定与调试及执行器的特性测试；第二章介绍了二号水箱被控对象模型的建立；第三章主要介绍了单容水箱单回路控制系统的设计；第四章主要介绍了单容水箱串级控制系统的设计。
其中，第三章是基本的实验要求内容，第四章的串级控制是提高部分内容。
最后，本文总结了本次课程设计的体会与收获。
本次课程设计过程，得到了王良勇、潘全科老师及吕阁学长的耐心指导和帮助，在此一并深表感谢！本组所有成员2012年5月16日目录一、序章1.1 系统描述本实验使用多功能过程控制科研教学装置，它主要包括上位机监控软件平台和实验系统硬件平台两部分，液位的给定由上位机监控软件给出，通过以太网络传输到硬件平台的实验控制器中，实际液位信号经过液位传感器进行测量反馈，控制器根据给定高度和实际高度的误差产生控制信号，对水泵进行控制。
1.2 硬件平台单容水箱液位系统硬件平台即多功能过程控制实验平台，如图所示：多功能过程控制平台具有嵌入式专用控制器，手控盒，四个温度传感器，三个流量传感器，两个液位传感器，一个压力传感器，两个过程水箱，两个水泵，一个比例阀门，一个加热水箱，一个蓄水箱和加热器以及散热器和搅拌器等。
pid水箱控制系统课程设计
pid水箱控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解PID控制原理，掌握水箱控制系统的基本构成及工作原理；2. 使学生掌握水箱液位控制的相关数学模型，了解参数对控制系统性能的影响；3. 引导学生运用所学知识，分析水箱控制系统的实际运行问题，并提出合理的解决方案。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法进行水箱控制系统设计与调试的能力；2. 培养学生利用相关软件工具（如MATLAB/Simulink等）进行水箱控制系统仿真的技能；3. 提高学生团队协作、沟通表达及分析解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动控制技术的兴趣，培养其创新意识和实践精神；2. 培养学生严谨的科学态度，提高其对工程问题的责任感；3. 引导学生关注我国自动化产业发展，树立为国家发展贡献力量的价值观。
课程性质分析：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生将所学理论知识应用于实际控制系统设计，提高学生的实践操作能力和创新能力。
学生特点分析：学生已具备一定的自动控制理论基础，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏将理论知识与实际应用相结合的经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调学生在课程学习中的主体地位，提高学生的参与度和积极性。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习和工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：- PID控制原理：介绍比例、积分、微分控制的基本概念和作用；- 水箱控制系统的数学模型：讲解水箱液位控制系统的动态特性及传递函数推导；- 控制系统性能分析：探讨参数对控制系统稳定性和快速性的影响。
2. 实践操作：- 水箱控制系统设计与仿真：利用MATLAB/Simulink软件，进行水箱控制系统的建模、仿真与调试；- 硬件在环实验：结合实际水箱控制系统，进行硬件在环实验，验证控制策略的有效性。
3. 教学大纲：- 第一周：PID控制原理学习，水箱控制系统的基本构成及工作原理介绍；- 第二周：水箱控制系统的数学模型建立与性能分析；- 第三周：水箱控制系统设计与仿真，参数调试与优化；- 第四周：硬件在环实验，总结与反思。
水箱水位控制系统的设计
⽔箱⽔位控制系统的设计⽬录1绪论 (1)1.1计算机模拟控制系统 (1)1.1.1系统的分类 (1)1.1.2系统的数学模型 (1)1.2计算机模拟控制系统 (1)1.3数学模型及其建⽴⽅法 (2)1.3.1数学模型的表达形式与对模型的要求 (2)1.3.2建⽴数学模型的基本⽅法 (3)2⽔箱⽔位系统概述 (5)2.1⽔箱⽔位控制系统硬件设计 (5)2.1.1有⾃平衡能⼒的单容元件 (6)2.1.2电动机的数学模型 (6)2.1.3减速器的传递函数 (7)2.2系统的传递函数 (8)2.2.1控制器的确定 (9)2.3控制器的正反作⽤ (9)3硬件电路 (11)3.1控制系统的校正 (11)3.2控制系统的稳态误差 (12)4仿真软件介绍 (14)4.1 MATLAB的启动和退出 (14)4.1.1MATLAB操作桌⾯简介 (14)4.1.2命令窗⼝菜单（Command Window）简介 (16)4.2变量 (17)4.3MATLAB的矩阵运算 (18)4.4仿真 (19)5结论 (20)6参考⽂献 (21)1绪论1.1计算机模拟控制系统计算机模拟控制系统是在⾃动化控制技术和计算机技术的飞速发展的基础上产⽣的，20世纪50年代中期，经典控制理论已经发展成熟，并在不少⼯程技术领域得到了成功的应⽤。
随着复杂系统的设计和复杂控制规律的实现上很难满⾜更⾼的要求。
现代控制理论的发展为⾃动控制系统的分析、设计与综合增添了理论基础，⽽计算机技术的发展为新型控制⽅法的实现提供了⾮常有效的⼿段，两者的结合极⼤的推动了⾃动控制技术的发展。
进⽽计算机模拟控制系统⼴泛的应⽤于⼯⼚⽣产，逐渐融⼊于⽣产中，各类⼤型⼯⼚均离不开计算机控制系统。
1.1.1系统的分类按系统性能分：线性系统和⾮线性系统；连续系统和离散系统；定常系统和时变系统；确定系统和不确定系统。
1、线性连续系统：⽤线性微分⽅程式来描述，如果微分⽅程的系数为常数，则为定常系统；如果系数随时间⽽变化，则为时变系统。
水箱液位控制课程设计-自动化
水箱液位控制课程设计-自动化-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统班级：自动化0901班学号：姓名：刘弟文指导教师：王姝梁岩设计时间：2012年5月7日至5月25日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 (2)2 课程设计任务及要求 (2)实验系统熟悉及过程建模 (2)实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计 (2)实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计 (3)实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计 (3)实现副回路进水流量的前馈控制 (4)3 实验系统熟悉及过程建模 (4)系统结构 (4)过程建模 (5)进水流量和主管道流量模型 (6)进水流量和上水箱液位模型 (8)副回路流量与上水箱液位数学模型 (9)双容水箱串联进水流量与下水箱液位模型 (10)4 单容水箱液位的单回路控制系统设计 (11)结构原理 (11)单容水箱控制器PID参数整定 (13)单容水箱比例系数Kp的整定 (13)单容水箱积分时间参数整定 (13)单容水箱微分时间参数整定 (14)单容水箱旁路阶跃干扰响应曲线 (14)单容水箱副回路进水阶跃干扰响应曲线 (15)干扰频繁剧烈变化的解决办法 (16)5 双容水箱液位的单回路控制系统设计 (16)双容水箱单回路控制系统原理 (16)双容水箱控制器PID参数整定仿真实验 (18)比例参数的整定 (18)积分常数参数的整定 (19)微分常数参数的整定 (19)双容水箱抗干扰能力检验 (20)双容水箱提高控制质量方法 (20)6 实现上水箱液位与进水流量的串级级控制系统设计 (21)串级副回路参数整定 (23)串级主回路参数整定 (24)串级主回路比例参数整定 (25)串级主回路积分参数整定 (25)串级主回路微分参数整定 (26)串级控制系统给定负阶跃响应曲线 (26)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 (27)副回路进水流量和水箱上液位前馈-反馈复合控制系统 (27)前馈控制器模型的确立 (27)前馈-反馈复合控制系统PID参数整定 (28)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 (29)1 引言通过本次课程设计，加深了对自控控制系统理论知识的理解，了解了一些工业生产过程中控制系统设计的过程，结合了所学的理论知识和实际工业应用过程，提高了动手能力。
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、液位控制系统的原理分析 1.1水箱液位控制系统的原理框图
本次课程设计对水箱液位控制系统的设计是一个简单的控制系统， 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执 行器所组成的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的特征，他们均有四个基本环节组成，即被控对象， 测量变送装置，控制器和执行器。
对不同对象的简单控制系统尽管其具体装置和 变量不相同，但都可以用相同的方框图表示：
图1控制系统方框图
这是单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用 一个调节器保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控 制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度， 即控制的任务 是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单 回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
1.2被控过程传递函数的一般形式
根据被控过程动态特性的特点，典型工业过程控制所涉及及被控对象的传递 函数一般具有下述几种形式 1一阶惯性加纯迟延
2
二阶惯性环节加纯迟延
G(s)
二
k Ts 1
e s
1-1
3 N 阶惯性环节加纯迟延
二、建立被控对象数学模型 2.1求传递函数
根据阶跃响应的实验数据如表1
使用Matlab 编辑.m 文件，得出阶跃响应曲线。
Matlab 程序如下: 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处的t 值如图2、图3
G(s) =
(T i S 1)幽 1)
V s
(1-2)
G(s) =
K (Ts 1)n
e —s
(1-3)
上述3个公式只适用于自衡过程 个积分环节，即
G(s)二丄e 「s
Ts
G(s) -
e 「s
71s(T 2
s +1)
对于非自衡过程，其传递函数应包含有一
(1-4)
(1-5)
图2阶跃响应曲线（1）
图3阶跃响应曲线（2）
20
2.2计算传递函数并仿真
由图1图2可知，在0.39和0.62处的t 值分别为128.2和201.7 根据
T =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、. =55、T=147 从而得到传递函数为 G(s) = 1
_55S
e
147S 1
对该对象进行仿真如图4、图5：
图4原系统simulink 结构图
10
0 80 60
200
400
600
000
1000
Time off 牟
就：
|口丨回
图5阶跃响应曲线
三、控制系统参数的整定及MATLAB勺数字仿真
3.1选择控制方案
选择PID单闭环控制，其控制原理图6如下：
图6控制系统原理图
通过调节G/S）中的PID参数使得广义对象的特性改善，减少调节时间3.2参数整定计算
建立对象的simulink模型，仿真如图7：
图7 simulink模型
通过调节控制器中的PID参数，使调节时间减小，并且速度提升的前提下超调小于25%且使稳态无差。
采用等幅振荡曲线法整定计算PID参数当=8.35，T, =100, T D =25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调节器中得到图9
图9 PID整定曲线（1）
由图可知超调量“>25%继续调节PID参数I=0.005时得到图10,由图可
知超调量-25%
四、系统调试、性能分析
(1) 超调量S =22% (2) 峰值时间:t f =0.7S (3) 过渡过程时间t s =1.8S (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 n =y1/y2=22 (8) 衰减率屮=(y1-y2 ) /y1= 0.95 (9) 振荡频率 w d =2n /p=4.8
全部 P 、I 、D 的参数 P=0.12, 1=0.005 , D=25
五、设计总结
在液位系统的控制器设计中，建立了被控对象的数学模型、利用 MATLAB 仿真及调试实验，同时完成软件设计方面的工作。
在本次毕业设计中，通过查阅 大量的资料，使我的知识得以扩充，加深了对本专业的认识，这次毕业设计通过 老师的指导以及自己的努力，我圆满的完成了任务，达到了设计的目的。
我学会 了过程控制设计的基本方法，对系统的整体分析。
经过前面的大量研究工作，本 课题得出了以下结论：
1采用测试法对液位系统进行模型分析，推导出了被控对象的数学模型 2通过MATLAB 的数字仿真，确定被控对象模型的正确性。
0.8 0.6 04 02
1000
2000
3000
4000
5000
Time offset
PPP
0 "
图10 PID 整定曲线（2）
3采用稳定边界法对控制系统的参数进行整定。
4通过MATLAB数字仿真，对几种PID参数整定方法进行性能分析。
通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，并不容易。
在毕业设计的这段时间里，我也发现了自己所应改进或是较为缺乏的部分，其一是分析问题的能力，可能是自己学习的不够扎实，实习中碰到了不少钉子，遇到问题时头脑茫然。
二是解决问题的成熟度，这也许是个性使然，再加上缺少经验的累积和历练所以在处理设计中的问题时，容易慌慌张张。
这次设计也让我在此体会到了书本上学习到的专业知识和实际使用起来是两个完全不同的概念，所以在现阶段的学习中，我们主要是应该去学习专业理论知识，学习掌握分析问题和解决问题的能力。
在以后的工作中，把理论和实际相结合，努力实现大学所学习的理论知识。
所以说，这次课程设计也是对以前所学知识的一个初审。
对于我以后学习，找工作也是受益匪浅。
我感性回到理性的重新认识，进一步对社会的认知，对于以后工作所应把握的方向也有所启发！
六、参考文献
[1] 王琦•计算机控制技术•上海：华东理工大学出版社，2009.
[2] 王银锁.过程控制系统.北京：石油工业出版社，2009
[3] 何离庆.过程控制系统和装置.重庆：重庆大学出版社，2003
[4] 方康玲.过程控制和集散控制系统.北京：电子工业出版啥，2009 ⑸舒迪前.预测控制系统及其使用.北京：机械工业出版社，2009。