下水箱液位前馈反馈控制系统
下水箱液位前馈反馈控制系统实验
下水箱液位前馈反馈控制系统实验一、实验目的1、学习前馈-反馈控制的原理。
2、了解前馈-反馈控制的特点。
3、掌握前馈-反馈控制的设计。
二、实验设备A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理1、控制原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。
因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。
但是前馈控制是开环控制。
其控制效果需要通过反馈加以检验。
前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。
如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。
如图6-12所示。
设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。
图6-12 前馈－反馈控制系统原理图如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。
而不需要经过调节器。
如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的。
增加反馈通道，使用PI 进行控制，如图6-12所示。
我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。
前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu=dF 。
也就是两个流量的和保持稳定。
但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ，如图6-13所示：图6-13 调节阀开度与流量比例关系2、测量与控制端连接表40806020调节阀FV101 AO03、实验方案被调量为调节阀，控制量是支路2流量，控制目标是下水箱液位。
首先实现前馈控制，通过测量支路1、2流量，控制调节阀，使得支路2流量变化跟踪支路1流量变化。
然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。
4、参考结果在前馈-反馈控制下的加法器系数K取不同值时的控制曲线如图6-14—6-17所示：图6-14 K=0时前馈－反馈控制曲线图6-15 K=1时前馈－反馈控制曲线图6-16 K=2时前馈－反馈控制曲线图6-17 K=3时前馈－反馈控制曲线四、实验要求1、设计前馈－反馈控制系统。
下水箱液位控制系统
摘要液位控制是常见的工业过程控制之一，它广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱、罐、工业化工槽等受压容器的液位测量。
随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，所以提高液位控制系统的性能显得十分重要。
本文介绍了一种基于组态软件WinCC和西门子STEP 7的下水箱液位控制系统的设计过程。
控制对象为实验室的水箱液位设备，采用以太网进行通讯，用软件完成了系统硬件配置，实现了任意液位高度的手动/自动调节。
在系统远程监控方面，利用WinCC软件进行了远程监控界面的设计，通过对液位数据的采集、处理、输出处理，实现了对液位高度的实时监控、自动/手动的无扰切换、报警显示等功能。
关键词：液位控制；实时监控；以太网；WinCC软件AbstractThe level control is one of the common industrial process control, it is widely used in cooling towers, boilers, high-rise buildings, water tanks, tanks, industrial chemical tank level measurement of the pressure vessel. With the advances in technology, production control accuracy requirements are high, so to improve the performance of the liquid level control system is very important.This paper introduces a kind of based on Wincc configuration software and Siemens STEP 7 under the tank liquid level control system of the design process. This design uses the Ethernet communication, the software system hardware configuration, design and debugging of various modules of the ladder to achieve a any level of a high degree of manual / automatic adjustment. Wincc software system RMON RMON interface design, the level of data collection, processing, output processing, the liquid level in the real-time monitoring, automatic / manual bumpless switching, alarm display and other functions.Keywords: evel control;data collection;Siemens STEP 7;Wincc software目录1绪论 (1)1.1过程控制 (1)1.2 液位控制系统的组成 (1)1.3液位控制系统的功能 (2)1.4本论文的主要内容与方法 (3)2 系统软件介绍 (4)2.1PLC的发展及过程控制简介 (4)2.2STEP7简介 (4)2.3组态软件WinCC (5)3 下水箱液位控制系统设计 (6)3.1单回路过程控制系统概述 (6)3.2被控对象的选择 (7)3.3 仪表选择 (7)3.3.1检测变送仪表的选择 (7)3.3.2 执行器的选择 (7)3.3.3 控制器的选择 (8)4 系统调试 (9)4.1 系统模型 (9)4.2 控制规律 (10)4.3 调试过程 (10)5 结论分析 (17)总结 (18)参考文献 (19)1绪论1.1过程控制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。
题目12 下水箱液位前馈-反馈控制
题目12 下水箱液位前馈-反馈控制一、课程设计目的1、通过本实验进一步了解液位前馈-反馈控制系统的结构与原理。
2、掌握前馈补偿器的设计与调试方法。
3、掌握前馈-反馈控制系统参数的整定与投运方法。
二、课程设计使用的实验设备1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。
2. 计算机及相关软件。
三、实验工作原理本实验的被控制量为下水箱的液位，主扰动量为变频器支路的流量。
本实验要求下水箱液位稳定至给定值，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，它与给定量比较后产生的差值为调节器的输入，其输出控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。
而扰动量经过前馈补偿器后直接叠加在调节器的输出，以抵消扰动对被控对象的影响。
本实验系统的结构图和方框图如图12-1所示。
图12-1 下水箱液位前馈-反馈控制系统(a)结构图 (b)方框图由图可知，扰动F （s ）得到全补偿的条件为F(s)G f (s)+F(s)G F (s)G 0(s)=0G F (s)=-)()(0s G s G f (12-1)上式给出的条件由于受到物理实现条件的限制，显然只能近似地得到满足，即前馈控制不能全部消除扰动对被控制量的影响，但如果它能去掉扰动对被控制量的大部分影响，则认为前馈控制已起到了应有的作用。
为使补偿器简单起见，G F (s)用比例器来实现，如图其值按本章式(12-1)来计算。
四、静态放大系数K F 的整定方法（一）开环整定法开环整定法是在系统断开反馈回路的情况下，仅采用静态前馈作用，来克服对被控参数影响的一种整定法。
整定时，K F 由小到大缓慢调节，观察前馈补偿的作用，直至被控参数基本回到给定值上，即实现完全补偿。
此时的静态参数即为最佳的整定参数值K F ，实际上K F 值符合下式关系，即K F ＝f K K (12-2)式中：K f 、K 0分别为扰动通道、控制通道的静态放大系数。
开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合，不然有较大偏差。
水箱反馈系统实例及其传递函数
水箱反馈系统实例及其传递函数
水箱反馈系统是一种利用控制理论来调节水箱液位的系统。
该系统由水箱、水泵、控制器和传感器组成。
传感器用于测量水箱的液位，并将数据反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信号来调节水泵的运行状态，以维持水箱液位在设定的范围内。
水箱反馈系统的传递函数描述了输入和输出之间的关系。
传递函数是一个数学模型，它将输入信号转换为输出信号。
对于水箱反馈系统，传递函数可以表示为：
G(s) = K / (Ts + 1)
其中，G(s)是传递函数，s是复变量，K是系统的增益，T是系统的时间常数。
传递函数的分子代表输出信号的增益，分母代表输入信号的影响因素。
增益K决定了输出信号与输入信号之间的比例关系，时间常数T反映了系统的响应速度。
通过调节传递函数的参数，可以改变水箱反馈系统的性能。
增大增益K可以增加系统的输出灵敏度，但可能导致系统不稳定。
减小时间常数T可以提高系统的响应速度，但可能会引入过度调节。
举例来说，假设水箱反馈系统的传递函数为G(s) = 2 / (0.5s + 1)。
这意味着输出信号是输入信号的两倍，并且系统的时间常数为0.5秒。
如果输入信号是单位阶跃函数，系统的输出将在0.5秒内上升到2。
这个例子说明了如何使用传递函数来预测系统的响应。
总之，水箱反馈系统是一种常见的控制系统，通过传感器和控制器来调节水箱的液位。
传递函数是描述系统输入和输出之间关系的数学模型，可以用来预测系统的响应。
通过调节传递函数的参数，可以改变系统的性能。
前馈反馈控制系统指导书
四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。
具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。
（一）、智能仪表控制1．将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上，并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
SA-14上比值器的调节旋钮放在最小的位置。
图7-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器及涡轮流量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二十一、下水箱液位前馈反馈控制系统”，进入实验二十一的监控界面。
4．设定工作点（u0，h0）。
在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个中间合适的值（例u0=50%），此操作也可通过调节仪表实现。
5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，通过调节F1-10、F1-11的开度，使下水箱的液位平衡于一个中间合适的值（例h0=8）。
6．设置智能仪表的输出值为100%，观察下水箱液位的稳态值hmax，则在以下实验中，设定值不能超过hmax。
若hmax>18，则重新设定u0=50%，转5重新调整。
7、在工作点（u0，h0）处，用开环整定法整定静态前馈放大系数K F。
下水箱液位前馈-反馈控制 (2)
目录第一章绪论 (3)第二章课程设计主要仪器的介绍 (4)1.1 PLC的简介 (4)1.1.1 PLC的组成 (4)1.1.2 CPU的构成 (6)1.2 PLC的工作原理 (6)1.3PLC的外围接线 (8)2.1变频器的介绍 (8)2.1.1变频器的选择 (8)2.2 控制面板图 (9)2.4变频器的快速设置 (11)3.1电机的介绍 (12)3.1.1三项异步电动机调速 (12)第三章 PLC变频调速系统的设计与调试 (14)1 系统的接线 (14)1.1主回路接线 (14)1.2 控制回路接线 (14)2 外部接线图 (14)3 系统方案设计 (15)3.1 I/O地址分配表 (15)3.2梯形图程序 (16)4 软件系统的调试 (17)5 实验结果分析 (17)第四章控制系统的组成 (18)1系统简介 (18)2系统组成 (19)3电源控制台 (22)4总线控制柜 (22)5系统特点 (22)6装置的安全保护体系 (23)第五章下位机软件中的硬件配置和程序结构 (24)1 STEP 7简介 (24)2 STEP 7的硬件配置和程序结构 (24)第六章上位机组态软件简介 (28)1 WINCC 概述 (28)2 WINCC的通讯连接和画面组态方法 (28)第七章 PROFIBUS功能简介 (32)第八章下水箱液位前馈反馈控制 (33)实验内容与步骤 (35)第九章下水箱液位前馈反馈控制实验程序 (37)第十章实验结果和分析 (44)10.1实验图 (44)10．2分析 (46)第十一章结束语 (49)11.1 基于PLC控制的变频调速设置 (49)11.2下水箱前馈-反馈控制 (49)第十二章参考文献 (50)12.1基于PLC控制的变频调速设置 (50)12.2下水箱前馈-反馈控制 (50)第一章绪论随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。
基于MATLAB的水箱液位前馈-反馈复合控制方法的设计
基于MATLAB的水箱液位
孙虹
课题来源
生产实践
选题理由
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。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费﹑产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义液位是工业生产过程中重要的被控量之一，因而液位控制的研究具有很大的现实意义。
难易程度
适中
每位学生分工（子课题）
合计人数：
1人
下水箱液位前馈-反馈控制
第一章控制系统的组成1、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图1-1所示：图1-1 上位控制系统流程图控制对象总貌图如图1-2所示。
图1-2 控制对象总貌图2、系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1.被控对象被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw 电加热锅炉(由不锈钢锅和锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。
水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。
每个水箱有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。
储水箱尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同的滞后时间。
在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间。
盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
一种双容水箱液位系统的状态反馈控制方法
一种双容水箱液位系统的状态反馈控制方法双容水箱液位系统是一种常见的控制系统，用于控制水箱中的液位。
系统由两个水箱和一根连接两个水箱的管道组成。
该系统的目标是通过控制水流进入和流出水箱来维持水箱的液位在设定值附近。
一种常用的控制方法是状态反馈控制。
状态反馈控制是基于系统的状态变量（如液位）进行控制的方法。
该方法通过测量系统的状态变量，计算出控制输入，并将其作为反馈信号输入到系统中。
这样，系统就可以根据测量到的状态变量来调节控制输入，以使系统的状态达到设定值。
1. 系统建模：需要建立双容水箱液位系统的数学模型。
这个模型描述了系统的动态行为，可以根据系统的物理特性和控制需求进行建立。
常用的建模方法包括基于物理原理的动力学方程和基于经验数据的系统辨识方法。
2. 设计状态反馈控制器：基于系统的模型，可以设计状态反馈控制器。
控制器可以根据系统的状态变量进行调节，并产生控制输入。
在设计过程中，可以使用控制理论中的方法，如线性二次调节器（LQR）或H∞控制来设计控制器的增益矩阵。
3. 系统仿真：使用建立的数学模型，可以进行系统的仿真来评估控制器的性能。
在仿真中，可以考虑不同的初始条件和控制输入，并观察系统的响应。
如果系统的响应满足控制需求，可以进一步优化控制器的参数。
4. 控制器实现：将设计好的控制器实现到实际的控制系统中。
这需要选择合适的控制器实现方式，如模拟电路、数字控制器或嵌入式系统。
控制器实现后，可以进行系统的实时控制实验。
5. 控制器调试和优化：在实际的控制实验中，可能会出现一些问题，如控制器调节不准确、系统不稳定等。
在这种情况下，需要对控制器进行调试和优化，如调整控制器的增益或改变控制策略等。
双容水箱液位系统的状态反馈控制方法包括系统建模、状态反馈控制器设计、系统仿真、控制器实现以及控制器调试和优化等步骤。
通过这个方法，可以设计出满足控制需求的控制器，并将其应用到实际的控制系统中。
水箱液位控制系统原理
水箱液位控制系统原理水箱液位控制系统是一种通过控制水箱内水位的液位控制系统。
该系统可以自动控制水箱内的水位，在水位过高或过低的时候进行相应的调节，以保持水箱内的水位在设定范围内。
水箱液位控制系统的原理主要涉及水位传感器、控制阀门和控制器等几个关键部件。
水位传感器用于感知水箱内的液位变化，将信号传递给控制器；控制阀门则根据控制器的指令，对水箱的进水或排水进行调节；控制器作为系统的核心部件，接收水位传感器的信号，并根据设定的水位值进行分析和计算，最后控制阀门的开启或关闭。
具体来说，水箱液位控制系统的工作过程如下：1. 水位传感器感知水箱内的液位变化，并将信号传给控制器。
水位传感器可以使用浮子式、电容式或超声波等不同类型的传感器。
2. 控制器接收水位传感器的信号，并根据设定的水位值进行计算和判断。
如果当前水位低于设定值，控制器会发送指令给控制阀门开启进水通道；如果当前水位高于设定值，控制器会发送指令给控制阀门开启排水通道。
3. 控制阀门根据控制器发送的指令，调节水箱的进水或排水量。
当水位低于设定值时，控制阀门会开启进水通道，允许水从供水管道流入水箱；当水位高于设定值时，控制阀门会开启排水通道，将多余的水排出水箱。
4. 控制器不断接收水位传感器的信号，并实时更新水位值。
如果水位达到设定值，控制器会发送指令给控制阀门关闭进水或排水通道。
5. 在水箱液位控制系统中，还可以设置报警机制。
当水位超出设定的正常范围时，控制器会发出警报信号，提醒操作人员采取相应的处理措施。
总之，水箱液位控制系统通过水位传感器感知水箱内的液位变化，控制器根据设定值进行判断和计算，控制阀门调节进水或排水量，从而实现对水箱内水位的自动控制。
这样的系统在水箱应用中具有重要的作用，可以保持水箱内水位稳定，满足不同场景的需求。
下水箱液位控制系统设计
下水箱液位控制系统设计下水箱液位控制系统是一种用于控制下水箱液位的自动化设备。
在城市排水系统中，下水箱是收集和暂时储存污水的设备，因此正确控制下水箱的液位对于保证排水系统的正常运行非常重要。
本文将详细介绍下水箱液位控制系统的设计原理、关键组成部分以及工作流程。
设计原理：下水箱液位控制系统的目标是将下水箱的液位维持在一个设定值附近。
当液位低于设定值时，系统将启动排泥泵将污泥排出，从而提高液位；当液位超过设定值时，系统将启动排水泵将污水排出，从而降低液位。
通过不断监测下水箱液位，系统可以自动调节排泥泵和排水泵的运行来控制液位。
关键组成部分：1.液位传感器：用于监测下水箱液位，并将液位信号传递给控制器。
常用的液位传感器有浮球传感器、超声波传感器等。
2.控制器：接收液位传感器的信号，并根据设定值判断是否需要启动排泥泵或排水泵。
同时，控制器还可以设置各种保护控制逻辑，如过流保护、过压保护等。
3.排泥泵和排水泵：当液位低于设定值时，控制器将启动排泥泵，将污泥排出；当液位高于设定值时，控制器将启动排水泵，将污水排出。
排泥泵和排水泵的选型应根据实际需求进行。
4.阀门：用于控制污水进出下水箱的流量。
可以根据实际需要选择手动阀门或电动阀门。
工作流程：1.系统启动后，控制器开始接收液位传感器的信号。
2.当液位低于设定值时，控制器判断需要启动排泥泵，并发送信号给排泥泵，排泥泵开始工作。
同时，控制器可以关闭进水阀门，以防止系统压力过高。
3.当液位达到设定值时，控制器判断需要停止排泥泵，并发送信号给排泥泵，排泥泵停止工作。
4.当液位高于设定值时，控制器判断需要启动排水泵，并发送信号给排水泵，排水泵开始工作。
同时，控制器可以关闭进水阀门，以防止系统压力过高。
5.当液位达到设定值时，控制器判断需要停止排水泵，并发送信号给排水泵，排水泵停止工作。
同时，控制器可以打开进水阀门，以便下一周期的运行。
6.系统持续监测液位，并根据液位变化进行相应的控制操作，以维持液位在设定值附近。
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
水箱液位控制系统水箱液位控制系统的原理：水箱液位控制系统是一种自动控制系统，其目的是通过控制进水量和排水量，使水箱中的液位保持在一定的范围内。
该系统主要由水箱、电动机、进水阀门、浮子连杆等配件构成。
当水箱液位下降时，浮子连杆会向下移动，通过传感器将信号发送给控制器，控制器将信号转化为控制信号，控制进水阀门的开度，从而增加进水量，使液位回升到设定值。
当水箱液位上升时，浮子连杆会向上移动，控制器会减小进水量或打开排水阀门，从而使液位回落到设定值。
控制系统元件的选择：在设计水箱液位控制系统时，需要选择合适的控制元件，如传感器、控制器、执行器等。
传感器需要选择灵敏度高、精度高的液位传感器，以确保液位检测的准确性；控制器需要具有良好的控制性能和稳定性，以确保系统的稳定性和可靠性；执行器需要选择响应速度快、控制精度高的电动阀门或电动泵等，以确保系统的响应速度和控制精度。
控制系统的参数确定：在设计水箱液位控制系统时，需要确定一些重要的参数，如控制器的比例、积分、微分系数，以及进水阀门的开度和排水阀门的开度等。
这些参数的确定需要结合实际情况和系统响应特性，通过试验和仿真等手段进行优化调整，以确保系统的性能和稳定性。
控制系统的仿真结果：通过Matlab/Simulink对水箱液位控制系统进行仿真，可以得到系统的响应曲线和稳态误差等性能指标。
通过仿真结果可以发现系统的稳态误差较小，响应速度较快，控制精度较高，符合设计要求。
设计总结：本文设计了一个水箱液位控制系统，并对其进行了仿真分析。
通过设计和仿真可以发现，该系统具有操作简便、可靠性好、运行成本低、可扩展行强等特点，能够满足实际应用需求。
同时，本文还提出了一些优化建议，如进一步优化控制器参数、加强系统的故障检测和容错能力等，以进一步提高系统的性能和稳定性。
参考文献：暂无。
在工业生产和日常生活中，经常需要对中的液位进行自动控制，例如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等中的蓄水量，以及生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器和电开水机的自动进水控制等。
水箱液位控制系统的设计
水箱液位控制系统的设计首先，我们需要选择适合的传感器来测量水箱中的液位。
常用的液位传感器有浮子式传感器、压力传感器和超声波传感器等。
在选用传感器时需要考虑水箱的大小、形状和液位变化的速度等因素。
在测量完液位后，测量值需要经过放大和转换处理，以便与控制器进行连接并进行进一步的处理和分析。
放大和转换电路应根据传感器类型和输出信号的特征进行设计。
接下来，我们需要选择合适的控制器来实现液位控制。
液位控制器通常包括一个比例控制器和一个开关控制器。
比例控制器根据液位测量值与设定值之间的差异来调整输出信号，以控制水泵的运行速度。
开关控制器则根据液位测量值是否超出设定范围来判断是否需要启动或停止水泵。
在液位控制器中，需要定义一个设定范围，即水箱液位的上下限。
当液位超出设定范围时，开关控制器会发送一个控制信号，来启动或停止水泵。
同时，比例控制器会根据液位测量值与设定值之间的差异来调整水泵的运行速度。
另外，为了确保系统的可靠性和稳定性，还需要设计一套安全保护措施。
例如，在水箱液位过高或过低的情况下，可以设置报警装置，同时关闭水泵以避免故障或损坏。
此外，还可以设计备用水泵或备用电源，以确保在主要设备故障时系统可以继续运行。
最后，为了方便人机交互和系统管理，可以将液位控制系统与计算机网络进行连接，实现远程监控和操作。
通过远程监控，可以随时随地获取系统状态和运行数据，及时发现并解决问题。
总之，水箱液位控制系统的设计需要选择合适的传感器和控制器，并进行适当的信号处理和转换。
在设计过程中需要考虑系统的可靠性、稳定性和安全性，并提供方便的人机交互和系统管理功能。
通过合理的设计和实施，水箱液位控制系统可以实现自动化的液位控制，提高水资源的利用效率，并减少人力和能源的浪费。
水箱液位的前馈-反馈控制系统设计与实现-应对问题
1、什么是PID？PID调节实际上是由比例、积分、微分三种调节方式组成。
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。
因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，（对未来变化的一种预判性调节）微分作用可以减少超调量，克服震荡，是系统的稳定性提高，加快响应速度，减少调节时间。
2、为什么要使用PID？1、PID控制是目前工业控制应用最为广泛的控制策略之一，结构简单，调节也比较方便。
2、它综合了系统过去（I），现在（P），和未来三方面的信息，对动态过程无需太多的预先知识3、鲁棒性强，控制效果一般令人满意。
3、PID参数怎么整定？用什么整定方法？PID参数调节中，单回路采用了采用了衰减曲线法进行，先将积分时间至于最大值，微分时间置0,将系统投入闭环运行，通过调节比例系数来进行调节出4:1的曲线，然后确定出P,I,D参数的大致整定值，再根据实际情况进行细调。
4、为什么用衰减曲线法整定？5、为什么要前馈？单回路PID控制能够消除系统运行过程中的次要干扰，但是在系统存在某种特定的主要干扰的时候，系统单靠单回路的PID控制不能消除干扰对系统的影响。
引入前馈通道来消除系统某种特定的主要干扰。
前馈反馈控制比单回路系统更能够消除系统特定的某种干扰。
6、为什么要用静态前馈？本设计要求的是只考虑最终稳态时的校正，不考虑由于过程扰动通道的时间常数和控制通道的时间常数不同，在过渡过程中所产生的动态参数，因此前馈模块选择的是静态前馈控制。
前馈反馈水箱控制系统
课程设计名称：前馈反响水箱控制系统系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名： *******学号： ********指导教师： *******某某城建学院2010年 12 月 30 日·成绩评定·指导教师评语：课程设计成绩评定目录一设计方案的介绍4二、工艺流程5三、前馈反响控制的理论5四、设仪器仪表的选型51、控制装置的选择52、监测仪表63、控制阀的选型6五、测量与控制端连接表7六、参数的整定71、静态放大系数K F的整定72、控制器参数的选择8七、总结9八、参考文献10九、附录一设计方案的介绍设计采用前馈反响控制来实现水箱的液位控制。
其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差如此可以通过反响控制进展修正，达到要求的控制精度。
被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。
采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵〔采用变频器变频控制电机模拟流量扰动〕，涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵〔输出流量恒定〕，电动控制阀。
除此之外在反响回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。
前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测量，需要一个PID控制仪表。
前馈控制信号和反响控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。
前馈反馈系统结构框图 1前馈反馈控制系统原理图 2二工艺流程水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度X围内。
一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。
并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。
二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。
当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。
补偿后产生的余差再通过反响控制控制调节阀进展调节。
三前馈反响控制的原理前馈控制又称扰动补偿，它与反响调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进展调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。
【推选】下水箱液位控制系统操作PPT资料
任务二 双容下水箱液位PID整定操作
五、提高 ——操作
1、分小组操作 2、小组汇报
六、理论提高
(一)比例控制规律 (二)比例积分控制规律 (三)比例微分控制规律 (四)比例积分微分控制规律
任务二 双容下水箱液位PID整定操作
七、总结
1、PID控制规律 任（3）务3） 、二、为双打什容开么下下微水水分箱箱作液的用23、、位出引水入PDDID阀必CC整：须SS定控 控阀缓操慢1制 制0作进至系 系行适统 统？当这开的 流时度的 程比。启图例P动、是与调否要运整改行画变面？为的什使么用？ 2、选择一组学生进行4、操作DCS控制系统中PID参数整定方法
任务二 双容下水箱液位PID整定操作四、知识传授来自1、设备的连接和检查：
1对象的储水箱灌满水（至最高高度）。 ）、将AE2000A 实验 （2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至下水箱的出水阀门： 阀1、阀4、阀7、阀9、阀10，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。 （3）、打开下水箱的出水阀：阀10至适当开度。 （4）、检查电源开关是否关闭
（2）4 ：1 衰减曲线法
衰减曲线法是以4：1或10：1衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用 ，用凑试法整定纯比例控制 作用的比例带PB（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4：1或10：1衰减比例的要求，记下此时 的比例带PBs和振荡周期Ts。如果加进积分和微分作用，可按下表给出经验公式进行计算。若按这种方式整定的参 数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次 就能达到稳定状态，可近似认为是4：1的衰减过程，其波动一次时间为Ts
双容水箱液位控制系统的方框图 临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运
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下水箱液位前馈反馈控制系统实验
一、实验目的
1、学习前馈-反馈控制的原理。
2、了解前馈-反馈控制的特点。
3、掌握前馈-反馈控制的设计。
二、实验设备
A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理
1、控制原理
前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。
因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。
但是前馈控制是开环控制。
其控制效果需要通过反馈加以检验。
前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。
如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。
如图6-12所示。
设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。
图6-12 前馈－反馈控制系统原理图
如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。
而不需要经过调节器。
如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的。
增加反馈通道，使用PI 进行控制，如图6-12所示。
我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。
前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu=dF 。
也就是两个流量的和保持稳定。
但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ，如图6-13所示：
图6-13 调节阀开度与流量比例关系
2、测量与控制端连接表
40806020
3、实验方案
被调量为调节阀，控制量是支路2流量，控制目标是下水箱液位。
首先实现前馈控制，通过测量支路1、2流量，控制调节阀，使得支路2流量变化跟踪支路1流量变化。
然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。
4、参考结果
在前馈-反馈控制下的加法器系数K取不同值时的控制曲线如图6-14—6-17所示：
图6-14 K=0时前馈－反馈控制曲线图6-15 K=1时前馈－反馈控制曲线
图6-16 K=2时前馈－反馈控制曲线图6-17 K=3时前馈－反馈控制曲线
四、实验要求
1、设计前馈－反馈控制系统。
2、经过参数调整，获得最佳的控制效果，并通过干扰来验证。
五、实验内容与步骤
1、在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、JV103，1#电磁阀，JV201、JV206。
其余阀门关闭。
2、按照测量与控制列表进行连线：
在A3000-CS上，电磁流量计输出端连接到AI2；涡轮流量计输出端连接AI0；下水箱液位连接到AI1；AO0连接到电动调节阀(FV101)。
3、打开A3000电源。
4、在A3000-FS上，启动左边水泵和右边水泵。
左边水泵使用变频器控制。
5、首先测量调节阀开度和流量关系。
给出不同的开度电流，观察电磁流量计的数值。
6、计算关系函数，加入控制软件中。
7、开始前馈-反馈控制。
启动上位机，设置控制器参数，设置前馈系数，记录其实时曲线。
8、通过变频器改变左边支路水流量，观察并记录控制曲线的变化。
9、反复进行操作8，并修正K值参数,并将其同调节阀开度与流量对应关系
K
1做比较，得出最佳参数K。
六、思考问题
分析前馈－反馈控制与串级控制的区别，优缺点。
七、实验结果提交
1、通过抓图方法，提交获得的曲线。
2、给出最佳控制参数。