自动控制原理课程设计方案多容水箱水位控制系统设计方案

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自动控制原理课程设计-多容水箱水位控制系统设计

一、引言自动控制原理课程是自动化类专业的核心课程，它涉及到控制系统的分析设计参数的整定等多种问题，包括古典控制理论,现代控制理论等。

作为电气工程及其自动化专业的学生，学好这门课程，对以后的工作或是进一步的深造都有很大的帮助。

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器，设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

二、设计课题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，其系统的开环传递函数为：00()(1)(4)K G s s s s =++ ，用频域设计滞后——超前校正装置，使校正后系统满足以下指标：单位斜坡信号作用下速度误差系数s K r 110-=; 校正后相位裕量40。

≥γ，时域性能指标：超调量M ﹪≤30﹪，调整时间s t s 6≤；S tp2≤ 。

三、课程设计的目的及要求通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB 实现系统的仿真与调试。

要求根据所学控制理论知识（频率法或根轨迹法）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。

要求在MATLAB 下，用simulink 进行状态仿真，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；确定校正装置的电路形式及电路参数；完成设计报告。

四、设计过程及步骤（1）设计思想在分析设计时，应用频域法设计滞后——超前校正装置，其中超前校正部分可以提高系统的相角裕量，同时使频带变宽，改善系统的动态特性；滞后校正部分则主要用来提高系统的稳态特性。

频率法设计校正装置主要是通过对数频率特性（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 ω附近的斜率应为20dB dec ，而且应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。

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。

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。

水箱自动控制系统设计原理图及程序

课程：创新与综合课程设计电子与电气工程学院实践教学环节说明书题目名称水箱水位自动控制装置学院电子与电气工程学院专业电子信息工程班级学号学生姓名起止日期13周周一~14周周五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。

本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。

通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。

一、设计题及即要求1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下：2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。

（1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长×宽×高为40×30 ×40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。

（2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变，误差≤1cm。

（3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置；（4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。

3、发挥部分：（1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变，误差≤0.3 cm。

（2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。

远程控制器上能够同步实现超限报警显示。

（3）其他创新。

二、设计思路：以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。

通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。

原理框图：三、系统结构1、控制模块：本次课程设计采用控制模块是AT89C51单片机。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

自动控制原理课程设计水箱流量控制系统【优秀】

自动控制原理课程设计水箱流量控制系统【优秀】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑推荐下载）自动控制原理课程设计题目：水箱流量控制系统校正装置设计系别专业班级学号学生姓名指导教师提交日期一、设计目的首先，通过对水箱流量控制系统的分析，加强对水箱流量控制系统的认识，并掌握超前校正网络设计的方法。

其次，通过课程设计，培养分析问题解决问题的能力。

此外，使用Matlab软件进行系统仿真，从而进一步掌握Matlab的使用。

二、设计任务及要求初始条件：已知单位反馈水箱流量控制系统，系统的开环传递函数为要求：试用Bode图设计法对系统进行超前串联校正设计，使系统满足：（1）系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差（2）系统校正后，系统的相角裕量三、设计任务分析虽然在频域内进行系统设计，是一种间接的设计方法，因为设计结果满足的是一些频域指标，而不是时域指标。

然而，在频域内设计又是一种简便的方法，在Bode图上虽不能严格定量地给出系统的动态特性，但却能方便的根据频域指标确定校正装置的参数，特别是对以校正系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其他方法更为方便。

一般来说，开环频率特性的低频段表征了闭环系统的稳态性能；开环频率特性的中频段表征了闭环系统的动态性能；开环频率特性的高频段表征了闭环系统的复杂性和噪音抑制功能。

因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统中加入频率特性形状合适的校正装置，使开环系统的频率形状变成所期望的形状：低频段要有一定的高度和斜率；中频段的斜率最好为，且具有足够的宽度；高频段采用迅速衰减的特性，以抑制不必要的高频干扰。

四、设计内容4.1根据所要求的稳态性能指标，确定系统满足稳态性能要求的开环增益由要求（1）：系统在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差。

得，取。

4.2绘制k=1000值下的系统的Bode图，并求出系统的相角裕量待校正系统的开环传递函数作出时未校正系统的Bode图，其渐近线如图1所示60 -20dB/dec300 -40dB/dec-30-60 -60dB/dec图1：未校正系统的Bode图计算未校正系统的开环剪切频率相应的相角裕量为相角裕度小的原因，是因为待校正系统的对数幅频特性中频区的斜率是，系统的动态特性会有严重的振荡，需要校正装置校正。

水箱水位控制系统设计方案

⽔箱⽔位控制系统设计⽅案⽔箱⽔位控制系统设计⽅案1 绪论1.1 ⽔箱⽔位控制系统研究背景及意义1.1.1 ⽔箱⽔位控制系统研究背景⽔是动植物体内和⼈的⾝体中不可缺少的物质，也可以说，如果没有⽔就没有⽣命的存在。

同时，⼯农业⽣产中也不能离开⽔，⽔是⼯农业⽣产中的重要原料。

在⼯农业的⽣产中，经常需要控制各类液体的⽔位。

随着我国⼯业的迅猛发展，⽔位控制技术已被⼴泛应⽤到⽯油、化⼯、医药、⾷品等各⾏各业中。

低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然⽓和液体⼆氧化碳等）得到⼴泛的应⽤，作为贮存低温液体的容器⼀定要保证能承受其载荷；在发电⼚、炼钢⼚中，保持正常的锅炉汽泡⽔位、除氧器⽔位、汽轮机凝⽓器⽔位、⾼、低压加热器⽔位等，是设备正常安全运⾏的保证；在教学与科研中，也经常遇到需要进⾏⽔位控制类的实验。

1.1.2 ⽔箱⽔位控制系统研究意义⼤型⽔箱是许多公司⽣产过程中必不可少的部件，它的性能和⼯作质量的优良不仅仅对⽣产有着巨⼤的影响，⽽且也关系着⽣产的安全问题。

在原来的⼯⼚⾥，对⽔箱的多数操作是由相应的⼈员进⾏操作的，这样原始的⼈⼯操作⽅式带来了很⼤的弊端，⽐如⽔位的控制，实时监控⽔箱的环境，夜间的监控等等，⼀旦操作员稍有疏忽，或者某个监则器件的损坏，都将带来⽆法弥补的损失，更严重的会危机到⽣产⼈员的⼈⾝安全。

所以，对⽔箱的控制，如果能够使⽤精密⽽⼜会严格按照⽣产规定运⾏的⾃动化系统，就可以最⼤限度的避免事故的⼏率，同时也能节省资源，并有效地提⾼了⽣产效率。

如果从节约能源⽅⾯考虑，以往的⼈⼯控制在多数情况下，会造成资源的不必要浪费，⽽⼤部分原因都是⽔箱内部⽔位的情况没有及时反馈到操作员那⾥，从⽽使控制上有了⼀定的延迟，从⽽造成了⽔量过多或没有及时补⽔⽽导致的资源浪费甚⾄⽣产出现异常。

⽽对⽔箱⽔位的实时监控以及⾃动化系统的引⼊可以很好的改善补⽔过多和及时补⽔的情况，⼜可以很好的节约⽔资源，有效的降低了⽣产成本。

单⽚机，⼀块⼩⼩的芯⽚上集成了⼀台微型计算机的各个组成部分，它的诞⽣使许许多多的⾃动化控制系统得以变成现实。

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。

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。

水箱水位控制系统的设计设计

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。

水箱水位控制系统课程设计_绍兴文理学院

电子技术课程设计（自动化12级）水箱水位控制器设计学生姓名学号院系工学院电气与信息工程系专业自动化指导教师填写日期 2014-07-10目录0. 摘要 (i)1. 设计任务与要求 (1)2. 总体方案设计 (1)2.1 设计思路 (1)2.2 方案分析比较 (2)3. 硬件电路各环节设计 (2)3.1 直流稳压电源 (2)3.2 水位检测装置设计 (3)3.3 水位显示装置设计 (3)3.4 水位控制装置设计 (4)3.5 水位报警装置设计 (4)4. 整体电路仿真及实物制作 (6)5. 总结与体会 (6)6. 参考文献 (7)7. 致谢 (7)8. 附件 (7)水箱水位控制器设计摘要本设计为纯数字控制电路，实现了对水箱水位的智能控制。

该装置由电源装置、水位检测装置、水位控制装置、水位显示装置和报警装置五个模块组成。

通过对水箱水位的检测，实现对水位的智能控制和人机交互。

关键词：水箱水位智能控制人机交互1.设计任务与要求下图1为水位控制原理图。

在水箱内的不同高度安装3根金属棒，以感知水位变化情况，能用数码管显示水箱的液位，液位分1，2，3，4档，当检测到水位低于1档时，发出缺水报警，并通过继电器打开电磁阀向水箱供水，当水位超过1档时，停止缺水报警，但继续供水，直到水位达到3档为止，关闭电磁阀。

当水位超过3档时，发出越线报警。

0接＋5V电源，1，2，3各通过一个电阻与地相连。

图1 水位控制原理图具体要求如下：1.根据技术要求进行总体方案设计。

2.画出电路原理图（或仿真电路图），要求设计5V直流稳压电源;3.元器件及参数选择；4.电路仿真与调试；5.制作实物电路；6.编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料、图纸及心得体会。

2.总体方案设计2.1设计思路在水箱中设置四个水位档，分别在不同高度的位置安装四根金属棒，用来感应水位的变化情况，然后经过信号放大，由编码器进行编码，产生二进制信号。

译码器对信号进行译码，即可在数码管上显示水位情况。

双容水箱液位控制系统设计课程设计任务书

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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）

双容水箱液位控制系统毕业设计

双容水箱液位控制系统毕业设计双容水箱液位控制系统是一种用于控制水箱液位的智能化系统，通过传感器、控制器和执行器等组件，实现对水箱液位的自动监测与控制。

本文将介绍关于双容水箱液位控制系统的毕业设计，包括设计目标、系统结构、工作原理和关键技术等方面的内容。

首先，设计目标是实现对双容水箱液位的智能化控制，以提高水箱的利用率和节约水资源。

具体目标包括：准确监测水箱液位，实时调节进水与排水流量，保持水箱液位在合理范围内。

其次，双容水箱液位控制系统的结构主要包括传感器模块、控制模块和执行器模块。

传感器模块用于监测水箱液位，可以采用压力传感器、浮球传感器或超声波传感器等；控制模块负责收集传感器数据，进行算法分析和决策，控制执行器模块的动作；执行器模块包括水泵和电磁阀等组件，通过控制水泵的运行和电磁阀的开关，调节进水与排水的流量，从而控制水箱液位。

系统的工作原理是首先通过传感器获取水箱液位信息，并传输给控制模块进行处理。

控制模块根据设定的液位范围和液位变化规律，判断当前液位状态，决定执行器的动作。

如果液位过高，则控制模块发送信号给执行器模块，开启电磁阀进行排水；如果液位过低，则控制模块发送信号给执行器模块，启动水泵进行进水。

通过不断的反馈和调整，控制系统可以使液位保持在合理范围内。

关键技术包括传感器选择与布置、控制算法设计和执行器参数调节等。

传感器的选择和布置需要考虑液位变化范围和液位测量的准确性；控制算法的设计需要根据实际情况制定，包括液位判断标准和动作决策规则；执行器参数调节需要根据实际需求和系统响应特性进行调整和优化。

综上所述，双容水箱液位控制系统的毕业设计旨在实现对水箱液位的智能化监测与控制。

通过设计合理的系统结构、优化的工作原理和关键技术的应用，可以实现对水箱液位的准确监测和精确控制，提高水资源的利用效率。

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

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。

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。

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）。