双容水箱液位串级控制系统的设计

双容水箱串级控制系统设计

双容水箱串级控制系统设计设计总说明液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题, 例如在饮料、食品加工、溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。

双容水箱串级控制在工业过程控制中应用非常广泛。

在水箱水位的控制中，液体首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。

本次设计采用串级控制，可以有效调节过程动态性能，大大克服系统的容积延迟。

采用PID控制器对模型进行整定以达到理想的控制效果。

选用PLC作为现场的控制设备,用于数据采集和控制，通过组态软件对整定过程及曲线进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。

关键词：双容水箱，PID,串级控制，组态王，PLCOuble Let Tank Cascade Control System DesignDesign DescriptionLiquid level control problem is a kind of common industrial production process, For example in beverage, food processing, chemical production, the solution of the production process were industry needs to properly control level.Cascade double-capacity water tank in industrial process control is used widely. In the control of water tank, the advanced water tank, who first and then through the second tank, compared with a tank, due to the increased a tank, is the response time is more backward step, that is, causing the delay in volume of the process is difficult to control.This design uses cascade control, can regulate the process effectively, greatly overcome system dynamic performance of volume. Adopts PID controller in order to achieve the ideal of setting control effect to model. Choose a scene of PLC control device for data acquisition and control, Through the kingview software for setting process and the curve of the real-time monitoring, until it reaches the main circuitd and the vice loop optimal setting parameters.Key words: Double-capacity Water Tank, PID, cascade control, kingview, PLC目录1绪论 (1)1.1PLC技术 (1)1.2组态技术 (3)1.3 PID算法 (3)2设计背景 (5)2.1设计内容及原理 (5)2.2系统软硬件组成 (5)2.2.1硬件组成 (5)2.2.2软件组成 (5)3串级控制系统介绍 (6)3.1串级控制系统的定义及组成 (6)3.2串级控制系统的设计思路 (6)3.3串级控制系统的参数整定 (7)3.4串级控制系统的工业应用 (8)4西门子s7-200系列PLC介绍 (10)4.1西门子s7-200系列PLC简介 (10)4.2西门子s7-200系列PLC的组成 (10)5组态软件介绍 (12)5.1组态的基本概念 (12)5.1.1组态的含义 (12)5.1.2数据采集的方式 (12)5.1.3脚本的功能 (12)5.1.4组态软件的开放性 (13)5.1.5组态软件的可扩展性 (13)5.1.6组态软件的控制功能 (13)5.2.组态软件特点 (13)5.3系统的设计与实现 (14)6系统设计 (15)6.1对象选择及其工作原理 (15)6.2调节器的选择及其正反作用的确定 (15)6.3传感器、变送器、执行器的选择 (16)6.4系统的参数整定 (16)6.5 S7-200系列PLC的CPU模块选择 (17)6.6设备清单 (17)7 PLC设计流程 (19)7.1系统设计基本步骤 (19)7.2系统设计流程图 (19)8组态王的设计 (21)8.1组态王的制作的基本过程 (21)8.2组态王画面的制作 (23)9系统调试 (27)9.1组态软件调试 (27)9.2整体调试 (27)总结 (28)致谢 (29)附录双容水箱串级控制程序 (31)1绪论液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食品加工，溶液过滤、工生产等多种行业的生产加工过程当中都需要对液位进行适当的控制。

双容水箱液位串级控制系统的设计

目录摘要 (1)Abstract: (2)1 概述 (3)1.1 过程控制介绍 (3)1.2 液位串级控制系统介绍 (4)1.3 MATLAB软件介绍 (4)1.4 MCGS组态软件介绍 (5)2 被控对象建模 (7)2.1 水箱模型分析 (7)2.2 阶跃响应曲线法建立模型 (7)3 系统控制方案设计与仿真 (13)3.1 PID控制原理 (13)3.2 系统控制方案设计 (15)3.2 控制系统仿真 (16)4 建立仪表过程控制系统 (20)4.1 过程仪表介绍 (20)4.2 仪表过程控制系统的组建 (21)4.3 仪表过程控制系统调试运行 (24)5 建立计算机过程控制系统 (26)5.1 计算机过程控制系统硬件设计 (26)5.2 MCGS软件工程组态 (28)5.3 计算机过程控制系统调试运行 (38)6 结论 (40)双容水箱液位串级控制系统的设计摘要：本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。

在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。

首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。

其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。

然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。

最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。

关键词：液位模型 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统1.2液位串级控制系统介绍在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。

在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。

通过液位的检测与控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。

双容水箱液位流量串级控制系统设计

双容水箱液位流量串级控制系统设计一、系统结构1.水箱：系统中最重要的元件之一，用于存储和供应水资源。

2.控制阀：用于调节水箱出口的流量，根据传感器检测到的液位信号来控制阀门的开度。

3.液位传感器：用于检测水箱内部的液位变化，并将其转换为电信号供控制系统使用。

4.流量传感器：用于检测水箱出口的流量，并将其转换为电信号供控制系统使用。

5.控制器：整个系统的核心部分，根据传感器采集到的液位和流量信号，通过控制阀门的开度来调节水箱的液位和流量。

二、系统设计1.控制策略的选择：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略一般选择PID控制算法。

PID控制器可根据传感器采集到的控制量和设定值之间的误差来调节阀门的开度，实现液位和流量的闭环控制。

2.系统参数的确定：首先需要确定水箱的容积和液位范围，以便合理地选择传感器的量程。

然后需要根据水箱的工作条件和流量要求来确定控制阀的参数，如最大流量、最小可调节流量等。

3.传感器的选择与安装：根据系统的要求和工作环境的特点，选择适合的液位传感器和流量传感器，并将其正确安装在水箱中。

液位传感器一般安装在水箱的顶部，流量传感器安装在水箱的出口处。

4.控制器的设计与配置：根据系统需求和控制策略的选择，选择适合的PID控制器，并按照系统参数进行配置。

控制器应具备良好的控制性能和稳定性，能够根据传感器采集到的信号及时调节阀门的开度。

5.控制策略的调整与优化：系统设计完成后，需要通过实际的试验和调整来优化控制策略，提高系统的控制性能。

可以通过调整PID控制器的参数来实现系统的稳定运行和准确控制。

6.故障检测与保护措施：在设计系统时，应考虑到可能发生的故障，如传感器故障、控制阀失效等，并设计相应的故障检测和保护措施，以确保系统的安全可靠运行。

三、系统应用总结：双容水箱液位流量串级控制系统是一种重要的控制系统，在工业生产中起到关键作用。

其设计需要根据实际需求和系统参数进行合理设置，并通过优化控制策略来实现系统的稳定运行和优质控制效果。

双容水箱液位控制系统设计

双容水箱液位控制系统设计首先，双容水箱液位控制系统的基本原理是根据水位信号的反馈来控制水泵的启停。

当水箱液位低于设定值时，水泵启动，开始抽水；当液位达到设定值时，水泵停止运行。

这样就可以实现水箱液位的自动控制。

第一，确定水箱的容积和设计液位。

容积和设计液位的确定需要根据实际应用情况来选择，一般要考虑水泵的流量和工作时间等因素。

容积大的水箱可以减少水泵启停的频率，但其建设和维护成本也较高。

第二，确定水位传感器的选择和安装。

水位传感器是检测水箱液位的关键部件，可以选择浮子式传感器、超声波传感器等。

选择合适的传感器需要考虑其精度、可靠性、成本和使用环境等因素。

安装传感器时要确保其与水箱的接触良好，避免信号干扰。

第三，确定控制器的选择和编程。

控制器是实现水位控制的核心部件，可以选择PLC、单片机等。

控制器的选择要考虑其处理能力、输入输出接口和编程灵活性等因素。

编程时需要设置液位设定值和控制逻辑，使得系统能够准确地控制水泵的启停。

第四，确定水泵的选择和安装。

水泵是水箱液位控制系统的关键设备，可以选择离心泵、自吸泵等。

选择合适的水泵需要考虑其流量、扬程、功率和效率等因素。

水泵的安装要确保其与水箱的连接可靠，并考虑水泵的防护和维护问题。

第五，确定报警和保护措施。

对于水箱液位控制系统，需要设置相应的报警和保护机制，以及应急措施。

例如，当水泵故障或水箱液位异常时，系统应该能够及时发出报警，并采取相应的措施避免设备损坏或事故发生。

最后，测试和调试系统。

在系统设计和安装完成后，需要进行全面的测试和调试工作。

首先测试传感器和控制器的工作是否正常，然后测试水泵的启停控制是否准确。

同时，还需要进行系统的稳定性和灵敏度测试，确保系统能够稳定运行和满足实际需求。

总之，双容水箱液位控制系统的设计需要综合考虑容积、液位传感器、控制器、水泵、报警保护和测试调试等方面的因素。

只有设计合理并正确配置这些部件，才能实现高效、稳定的液位控制。

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
在双容水箱液位串级控制系统中，通常有两个水箱，分别称为主水箱
和副水箱。

主水箱通常是较大的水箱，副水箱是较小的水箱。

系统的目标
是保持主水箱和副水箱的液位稳定在设定值附近。

系统的控制过程可以分为以下几个步骤：
1.流程测量：系统通过测量主水箱和副水箱的液位，获取当前的液位
信号。

2.控制计算：根据测量值和设定值，计算需要调节的阀门开度。

3.阀门控制：根据计算结果，控制阀门的开度，调节水的流入和流出
速度，以实现液位的控制。

4.反馈调整：根据阀门控制后的效果，不断调整阀门开度，使液位稳
定在设定值附近。

在实际的设计中，双容水箱液位串级控制系统通常采用PID控制器来
实现。

PID控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。

比
例部分根据偏差的大小进行调整，积分部分根据偏差的持续时间进行调整，微分部分根据偏差的变化速率进行调整。

通过不断调整PID参数，实现系
统的稳定性和响应速度的平衡。

另外，在实际的设计中，还需要考虑到系统的动态响应、稳定性、静
差和抗干扰性等因素。

可以采用仿真软件进行系统的建模和分析，优化系
统的设计参数。

总之，双容水箱液位串级控制系统作为一种常见的控制系统，在工业、农业和民用领域有着广泛的应用。

通过合理设计和调节控制参数，可以实
现液位的稳定控制，提高系统的稳定性和安全性。

同时，与实际的实验和仿真相结合，可以进一步优化系统的设计和控制策略。

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。

试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。

1图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1）已知上下水箱的传递函数分别为：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。

要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）；2）针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3）针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。

4.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。

对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。

在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性： 111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）； 22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。

双容水箱液位串级控制系统课程设计教学总结

双容水箱液位串级控制系统课程设计双容水箱液位串级控制系统课程设计1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。

试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。

1图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1）已知上下水箱的传递函数分别为：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。

要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）；2）针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3）针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。

4.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。

对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。

在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）； 22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。

双容水箱液位串级控制系统的设计

双容水箱液位串级控制系统的设计双容水箱液位串级控制系统是一种常用于水处理、供水和污水处理等领域的控制系统。

它可以通过自动控制水泵的开关来实现水箱液位的稳定控制，从而保证水箱的安全运行。

本文将详细介绍双容水箱液位串级控制系统的设计。

首先，液位传感器的选择是系统设计的关键。

液位传感器是用于测量水箱液位的装置，常见的液位传感器包括浮球式传感器和压力传感器。

浮球式传感器适合用于小型水箱，而压力传感器适合用于大型水箱。

在选择液位传感器时，需要考虑液位测量的精度、可靠性和适应性等因素。

其次，PID控制器的设计是系统稳定性的关键。

PID控制器是一种常用的自动控制算法，通过不断调整控制器的输出值，使得系统的实际值与期望值之间的误差最小化。

PID控制器的设计需要根据系统的特点和需求来确定参数，包括比例、积分和微分的系数。

一般情况下，可以通过试错法来逐步调整这些参数，从而实现系统的稳定控制。

水泵控制策略是双容水箱液位串级控制系统的核心部分。

水泵控制策略的目标是根据水箱液位的实际情况，自动地调整水泵的开关状态，以实现水箱液位的稳定控制。

常见的水泵控制策略包括固定间隔控制、比例控制和模糊控制等。

在选择水泵控制策略时，需要考虑系统的特点和要求，以及水泵的工作状态和性能等因素。

最后，安全保护措施是系统设计中不可忽视的部分。

双容水箱液位串级控制系统在运行过程中，需要根据液位传感器的信号来判断水泵的工作状态，并及时采取相应的控制措施。

为了保证系统的安全性和可靠性，需要在系统中设置相应的报警装置和故障检测装置，以应对可能出现的各种故障情况。

总之，双容水箱液位串级控制系统的设计需要考虑液位传感器的选择、PID控制器的设计、水泵控制策略的选择和安全保护措施的设计等方面。

通过合理的系统设计和系统参数的调整，可以实现水箱液位的稳定控制，从而保证双容水箱的安全运行。

双容水箱液位流量串级控制系统设计

双容水箱液位流量串级控制系统设计引言：双容水箱液位流量串级控制系统是一种用于控制液位和流量的自动化系统。

该系统通过对水泵和阀门的控制，实现对水箱液位和流量的精确调节。

在工业生产中，液位和流量的稳定控制对于保证生产过程的正常运行至关重要。

因此，设计一个可靠的双容水箱液位流量串级控制系统具有重要的实际意义。

系统设计：1.系统硬件组成-水泵：负责将水从源头输送至水箱中。

-水箱：承装和储存水，通过液位传感器测量液位。

-液位传感器：用于测量水箱液位，将测量结果传输给控制器。

-流量传感器：用于测量水流量，将测量结果传输给控制器。

-控制阀：通过控制水流量来调节水箱液位。

-控制器：根据液位和流量传感器的反馈信号，控制水泵和控制阀的启停和开关。

2.系统工作原理双容水箱液位流量串级控制系统的工作原理是通过液位和流量传感器实时监测水箱液位和水流量的变化，并将测量结果传输给控制器。

控制器根据设定的目标液位和流量值，计算出所需的水泵和控制阀的工作状态。

当实际液位或流量低于目标值时，控制器启动水泵和控制阀以增加水流量，从而提高液位；反之，当实际液位或流量高于目标值时，控制器关闭水泵和控制阀以减少水流量，以降低液位。

3.系统控制策略双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略可以采用PID控制器。

PID控制器是一种常用的控制算法，它通过对比实际测量值和目标值，计算出一个控制量，然后对被控对象进行控制。

其算法由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成，可以有效地控制系统稳定性和响应速度。

在双容水箱液位流量串级控制系统中，可以将液位作为主要控制量，流量作为辅助控制量。

首先，通过对液位传感器和流量传感器的测量值进行PID控制，控制水泵的启动和停止，以满足目标液位和流量的要求。

接下来，根据控制阀的反馈信号，通过控制阀的开关来实现对水箱液位的精确调节。

4.系统安全性和可靠性双容水箱液位流量串级控制系统设计中，应考虑系统的安全性和可靠性。

基于PLC的双溶水箱液位串级控制的设计

基于PLC的双溶水箱液位串级控制【摘要】本文首介绍了一种基于PLC的双溶水箱液位窜级控制的设计。

文章首先介绍了PLC的产生和定义、过程控制的发展。

其次根据水箱的特性确定与曲线分析。

对西门子S7-200系列可编程控制器的硬件进行掌握。

进行了PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较。

应PID控制算法所得到的曲线分析。

在MCGS软件上进行交互界面。

通过整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过控制指令PID指令来控制水箱水位。

此方法使用简单可靠，可广泛应用于工业生产过程中的液位控制问题。

此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求，有着巨大的前景。

关键词： PLC 串级控制组态软件 MCGS PID控制算法Abstract: this article first describes the channeling for a double dissolution based on PLC water tank liquid level control design. Article first describes the definitions, process control and development of PLC. Second according to the characteristics determine the water tank and curvesanalysis. Siemens S7-200 series PLC hardware for mastering. PID parameter tuning and comparison of control performance of individual parameters. PID control algorithm and analysis of the resulting curve. On MCGS software interface. Throughout various parts of the system of introducing and explaining the PID control instructions instructtions of PLC to control water tank water level.Keywords: control configuration software MCGS of PLC cascade PID control algorithm目录1绪论 (3)1.1过程控制系统的发展概况及趋势 (3)1.2PLC的发展概况及趋势 (4)1.3组态软件的发展概况及趋势 (4)1.4本文研究的主要内容 (5)2 水箱液位串级控制系统总体设计 (6)2.1水箱系统的组成 (6)2.1.1 西门子PLC控制系统 (6)2.1.2 CPU模块 (7)2.1.3 I/O模块 (7)2.1.4 I/O接线图 (8)2.1.5 信号间的转换关系 (8)2.2双容水箱系统结构 (9)2.2.1 双容水箱系统结构 (9)2.2.2 双容水箱系统结构图 (10)2.2.3 双容水箱对象特性 (11)3 串级控制 (15)3.1串级控制系统概述 (15)3.2串级控制系统的优点 (15)3.3串级控制系统的适用场合 (16)4 控制规律 (17)4.1控制规律选择 (17)4.2PID控制规律特点 (17)4.3PID控制调节规律 (17)4.4西门子S7-200系列PLC中PID指令的使用 (18)4.5在PLC中的PID控制的编程 (19)4.5.1 回路的输入输出变量的转换和标准化 (19)4.5.2变量的范围 (20)5 控制系统的设计 (22)5.1系统设计 (22)5.1.1 水箱液位的自动调节 (22)5.1.2 左水箱右水箱液位串级控制系统 (22)5.2硬件设计 (23)5.2.1 检测单元 (23)5.2.2 执行单元 (24)5.2.3 控制单元 (24)5.3运行 (24)5.3.1 左水箱液位比例调节 (24)5.3.2 右水箱液位比例积分调节 (25)5.3.3 左水箱液位比例积分微分调节 (25)6 程序的编写 (26)6.1主程序 (26)6.2子程序 (27)7 MCGS简单交互界 (30)7.1MCGS组态软件的概述 (30)7.2MCGS交互界面设计流程 (30)7.2.1 建立MCGS新工程 (30)7.2.2 建立新画面 (30)7.2.3 工具箱的用应 (32)7.2.4 建立文字框： (32)7.2.5 对象元件库管理 (33)7.2.6 完整动画演示 (33)结束语 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1绪论液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食品加工，溶液过建，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。

双容水箱液位控制系统设计与实现

2.2 控制器设计模型
双容水箱液位系统辨识方法
由于耦合关系的存在，假设双容水箱液位耦合系统控制器设计模型的表达式为
y1 y2
W
(s)
u1 u2
W11 (s) W21(s)
W12 W22
(s) (s)
u1 u2
利用阶跃响应辨识方法，根据改变 u1与 u2 引起输出液位的变化曲线，对耦合关系矩阵W 进行辨识.
此过程同样为时间常数较小的一阶惯性环节，可近似为如下线性关系：
Qin k4u2 c2
‒流量到双容水箱液位的过程
假设 y2 y1 ，根据物料平衡关系有：
A1
dy1 dt
Qin1
Qout1
Q0
A2
dy2 dt
Qin2
Qout 2
Q0
其中A1和A2分别为双容水箱的横截面积 Qin1与 Qin2 分别为入水流量，Qout1与 Qout2 分别为泄水流量， Q0 为某时刻2号水箱流入1号水箱的流量
k1P 44, k1I 0.38 k2P 32.269, k2I 0.165 k21 0.24, k12 0.05 双容水箱液位系统解耦控制实验曲线如下：
1号水箱液位
2号水箱液位
6.4 非线性解耦控制（先进方法研究）
w(k 1)
e(k)
非线性
u(k )
解耦控制器
双容水箱
y(k)
y(k)
提纲
1. 双容水箱液位控制系统描述 2. 被控对象与控制器设计模型 3. 控制器设计 4. 系统仿真 5. 闭环实验
1.双容水箱液位控制系统描述
1.1 控制目标
液位解耦
双容水箱液位能够在一定时间内达到并稳定在给定值，在其中某个水箱液位变化时，另一个水箱的液位基本维持不变

双容水箱串级液位控制系统设计开题报告

双容水箱串级液位控制系统设计开题报告双容水箱串级液位控制系统设计开题报告在人们素养不断提高的今天，报告十分的重要，报告中提到的所有信息应该是准确无误的。

那么一般报告是怎么写的呢？下面是小编为大家整理的双容水箱串级液位控制系统设计开题报告，欢迎阅读与收藏。

一、选题依据人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。

蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。

因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。

这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。

因此液位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，能收到很好的生产效果。

水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。

所以就选择了该题目的设计。

由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。

随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的PID控制必将得到更加广泛的应用。

二、PID控制的发展历史与前景在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

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，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。

双容水箱液位流量串级控制系统设计要点

双容水箱液位流量串级控制系统设计要点双容水箱液位流量串级控制系统是一种在液位和流量之间进行联动控制的系统。

该系统通常由两个水箱、两个阀门和两个流量计组成。

其中，一个水箱用于控制液位，另一个水箱用于控制流量。

双容水箱液位流量串级控制系统的设计要点包括以下几个方面：1.系统结构设计：双容水箱液位流量串级控制系统的结构应该合理、紧凑，方便安装和维护。

系统中的各个组件应该布局合理，阀门、流量计与水箱的位置应该便于操作和读取数据。

2.控制策略设计：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略应该能够实现液位和流量之间的联动控制。

一般采用控制阀门的开度来调节流量，通过调节水泵的转速或者阀门的开度来调节液位。

控制策略应该具有良好的稳定性和鲁棒性，能够快速而准确地响应输入信号的变化。

3.传感器选择与布置：双容水箱液位流量串级控制系统中的传感器用于检测液位和流量。

液位传感器的选择应该考虑到水箱的工作范围和要求，以及精度和可靠性的要求。

流量传感器的选择应该根据流量范围和要求，以及精度和可靠性的要求。

传感器的布置应该能够准确地测量液位和流量，避免干扰和误差。

4.控制器选择与配置：双容水箱液位流量串级控制系统的控制器是实现控制策略的核心部件。

控制器应该具有良好的性能，包括计算能力、通信能力和抗干扰能力。

控制器的配置应该考虑到系统的需求和性能要求，以及可靠性和可扩展性的要求。

5.阀门和流量计选择与定位：双容水箱液位流量串级控制系统中的阀门和流量计是实现液位和流量调节的关键装置。

阀门的选择应该考虑到流量范围和要求，以及可靠性和响应速度的要求。

流量计的选择应该根据流量范围和要求，以及精度和可靠性的要求。

阀门和流量计的定位应该根据液位和流量的控制策略，使其能够和其他组件紧密配合，实现精确的调节和测量。

通过以上要点的设计，可以有效实现双容水箱液位流量串级控制系统的运行稳定和精确控制。

同时，设计过程中还需要考虑到系统的安全性和可靠性，以及经济性和可维护性的要求。

自动控制课程设计双容水箱液位串级控制

自动控制课程设计课程名称：双容水箱液位串级控制学院：机电与汽车工程学院专业：电气工程与自动化学号： 631224060430姓名：颜馨指导老师：李斌、张霞2014/12/300摘要 (2)1引言 (2)2对象分析和液位控制系统的建立 (2)2.1水箱模型分析 (2)2.2阶跃响应曲线法建立模型 (3)2.3控制系统选择 (3)2.3.1控制系统性能指标【2】 (3)2.3.2方案设计 (4)2.4串级控制系统设计 (4)2.4.1被控参数的选择 (4)2.4.2控制参数的选择 (5)2.4.3主副回路设计 (5)2.4.4控制器的选择 (5)3 PID控制算法 (6)3.1 PID算法 (6)3.2 PID控制器各校正环节的作用 (6)4 系统仿真 (7)4.1.1系统结构图及阶跃响应曲线 (7)4.2.1 PID初步调整 (10)4.2.2 PID不同参数响应曲线 (12)4.3.1 系统阶跃响应输出曲线 (17)5加有干扰信号的系统参数调整 (20)6心得体会 (22)7参考文献 (22)液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制，比如锅炉液位，水箱液位等。

针对水箱液位控制系统，建立水箱模型并设计PID控制规律，利用Matlab 仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。

关键词：串级液位控制；PID算法；Matlab；Simulink1引言面液位控制可用于生产生活的各方面。

如锅炉液位的控制，如果液位过低，可能造成干烧，容易发生事故；炼油过程中精馏塔液位的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。

因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

本文针对双容水箱，以下水箱液位为主控制对象，上水箱为副控制对象。

选择进水阀门为执行机构，基于Matlab建模仿真，采用PID控制算法，整定PID参数，得出合理控制参数。

2对象分析和液位控制系统的建立2.1水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数，上水箱液位为副调节参数，构成传统液位串级控制系统，其结构原理图如图1所示。

双容水箱液位串级控制系统的设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学过程控制实习报告题目名称双容水箱液位串级控制系统的设计院（系）电子信息工程学院专业（班级）自动化13403学生姓名张华挺指导教师程广亮起止日期2016.06.01——2016.06.07┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊双容水箱液位串级控制系统的设计[摘要]该实验装置采用A3000过程控制装置,采用串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位的控制,并且通过Matlab对系统进行仿真,通过组态王将设计好的系统在设备上进行调试。

在此次设计中，利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术等实现对水箱液位的串级控制。

对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。

实验结果表明,串级控制的内回路能够有效地克服二次扰动的影响,可以加大主控制器的增益,从而对控制难度大的二阶对象进行有效控制。

[关键词]控制系统仿真串级控制┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊Design of cascade control system for liquid level of double tank[Abstract]The experimental device the A3000 process control device, the use of cascade control method to achieve the dual capacity water tank of the lower tank level control, and through the MATLAB system simulation, by Kingview to design good system debugging on the device. In this design, the use of automatic instrument technology, computer technology and automatic control technology to achieve the level of water tank cascade control. The model of the controlled object is analyzed, and the transfer function of the model is obtained by the experimental modeling method. The experimental results show that the cascade control of the inner loop can effectively overcome the influence of the two disturbance, and can increase the gain of the main controller, so as to effectively control the two stage of the control difficulty.[Keywords]control simulation cascade control目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论 (1)1.1系统总体设计 (1)第2章液位控制系统方案设计 (2)2.1串级控制系统的组成 (2)2.1串级控制系统的设计 (2)2.1.1主回路的设计 (2)2.1.2副回路的设计 (3)2.1.3主、副调节器调节规律的选择 (3)2.2 PID控制原理 (3)第3章控制系统的仿真 (4)3.1单回路控制系统的仿真 (4)第4章系统过程流图 (8)第5章结论 (9)第6章致谢 (10)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论液位是工业生产过程中很重要的被控变量。

双容水箱液位串级控制

经过多组数据验证得出较理想的仿真图如下
调节时间 Ts=7s 超调量 σ=3% 稳态误差 Ess=0
可见各项指标都达到要求
四、单回路控制系统和串级控制系统的比较

单回路控制系统结构简单，容易实现，但控制品质一般串级控制系统提高了控制品质，改善了过程的动态特性
对于此设计它减少了调节时间降低了超调量降低了稳态误差使系统各项指标打到要求
双容水箱液位串级控制系统设计
163803班 tutu 指导老师：00000000
设计的指导思想
通过毕业设计使自己对所学自动化专业知识和理论加深理解，掌握自动控制原理以及过程控制系统和仿真的基本方法。

设计的要求

Hale Waihona Puke 1、建立系统数学模型 2、设计双容水箱液位单回路控制系统，采用PID控制并进行仿真以及参数整定。 3、设计双容水箱液位串级控制系统。先对未加校正的串级控制进行仿真，然后对串级控制加入控制规律，进行仿真以及参数整定，最后将串级控制系统和单回路控制系统进行比较。
调节时间 Ts=9s 超调量 σ=4% 稳态误差 Ess=7.6
可见稳态误差不符合设计的要求
三、串级控制系统设计

未加校正的串级控制系统框图

对上面框图进行仿真得出下图
可以看出此图各项指标并不符合设计要求
加入调节模块的串级控制系统
对主回路进行PID调节，对副回路只进行P调节然后进行主副回路参数整定
一、建立系统数学模型

系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种本设计采用了机理法建模
双容水箱数学模型的建立
经过建立平衡方程及推导，最终得出传递函数为：

双容水箱液位串级控制系统设计

双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计题目双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计任务如图1所示的两个大容量水箱。

要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。

试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。

自来水流出水箱1 水箱2图1 系统示意图◆设计要求1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

2）假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果；3）假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果；4）在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。

◆设计任务分析一、系统建模系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种建模方法。

机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，从中获得所需的数学模型测试法一般只用于建立输入—输出模型。

它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。

它的特点是把研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质。

对于本设计而言，由于双容水箱的各个环节的数学模型已知，故采用机理法建模。

在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：水箱2液位；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1),副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

控制对象特性：Gm1（S ）=1/（0.1S+1）（水箱1传递函数）；Gm2（S ）=1/（0.1S+1）（水箱2传递函数）。

控制器：PID ；执行器：流量控制阀门；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s 后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声。

双容水箱液位串级控制系统课程设计完整版

双容水箱液位串级控制系统课程设计HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】双容水箱液位串级控制系统课程设计1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。

试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。

图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1）已知上下水箱的传递函数分别为：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。

要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为的白噪声）；2）针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3）针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。

4.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。

对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。

在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）；22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。