基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计(双容水箱)

本科毕业论文(设计)

题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院

专业：自动化

姓名： ### 指导教师： ###

2011年 6 月 5 日

Cascade level PID control system based on Kingview 6.5

摘要

开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。

就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论及相关知识。

本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块及板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。

关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪

Abstract

It is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such as

real-time control of experiment system.Through the study of the structure of experimental system, a single let water tank and double let water tank experiment system mathematical model was founded, and the parameters of the system is identified.Industrial control software configuration king 6.5 is used in experiment, ADAM module and boards, etc can also be suitable for this experiment, through a variety of control module on the device in the experiment verified experimental realization, experimental system has good expansibility and openness.

Key Word Double let water tank liquid level control system Cascade PID control algorithm Configuration king 6.5 Intelligent adjusting instrument

目录

前言 (1)

第一章串级液位控制系统介绍 (2)

1.1 国外研究现状 (2)

1.1.1液位控制系统的发展现状 (2)

1.1.2液位控制系统算法的研究现状 (2)

1.2 PID控制算法的介绍 (3)

1.2.1 PID控制算法的历史 (3)

1.2.2 PID控制各环节作用 (4)

1.3 串级控制系统介绍 (4)

1.4 本文的主要工作 (4)

第二章水箱液位控制系统的建模 (6)

2.1 水箱液位控制系统的构成 (6)

2.2 水箱的建模过程 (7)

2.2.1 单容水箱的建模过程 (7)

2.2.2 二阶双容水箱的对象特性 (8)

2.3水箱液位控制参数辨识方法 (11)

2.3.1 单容上水箱的参数辨识 (11)

2.3.2 二阶双容水箱的下水箱对象参数辨识 (12)

2.4 水箱液位PID参数整定方法 (14)

2.4.1上水箱液位的PID整定 (14)

2.4.2 主回路和副回路的PID参数整定 (15)

第三章组态王6.5简介与操作界面的设计 (17)

3.1 组态王6.5简介 (17)

3.2基于组态王6.5的液位控制系统上位机部分设计 (18)

3.2.1 建立新工程 (18)

3.2.2定义外部设备 (19)

3.2.3动画设计 (21)

3.2.3 组态王6.5的控件中选择历史曲线绘制 (23)

第四章设计实验 (24)

4.1 设备的连接和检查 (24)

4.2 系统连线 (24)

4.3 实验步骤 (25)

第五章总结与展望 (30)

辞 (31)

参考文献 (32)

前言

随着现代科学技术的迅猛发展，工业生产的规模越来越大，结构也越来越复杂，从而使控制对象、控制器以及控制任务和目的日益复杂，而对系统的精度、响应速度和稳定性的要求却越来越高。但是，当前的学术理论研究成果明显滞后于实际生产中的应用，两者相差甚远。在我国，看似成熟先进的控制理论，其研究往往仅局限于高校或科研机构这一狭小的围，而远离了实际生产这个广阔的实验平台，尤其是最近几年，国一些控制领域的研究已接近甚至超过了国外同领域水平，然而就实际应用的状况来讲，与国外相比却存在明显差距。最重要的原因就是理论研究缺乏实际背景的支持，先进理论的算法一旦应用到实际工业生产就会出现各种各样的问题，制约了其进一步的发展与应用。在现阶段尚不具备在实验室中真实复现实际工业生产过程的条件下，利用具有典型对象特性的实验装置将是一件探索将理论成果转化为实际应用的有力武器。

课题研究的双容水箱液位控制系统实验装置是以水箱的液位为控制变量，来模拟实际工业控制领域中的过程控制系统，该实验装置在国外很多高校的实验室都有配备，其价值在于可为学生的自动控制理论课程和毕业设计提供便捷的实验平台。同时，该系统也可为相关科研人员在复杂的控制系统研究方面提供实际的模拟对象。

在本论文中，智能调节仪模块也可换成是ADAM模块或者板卡，工控软件组态王6.5可有其他工控软件替代，使该实验装置实现了多种控制策略的实验，从而达到了增加该实验装置实验容的目的；同时本课题中所提出的硬件和软件实现方法也具有较强的可移植性，可以应用推广到其他的教学实验装置的实验容增加上，极具现实意义。