双容水箱液位串级控制系统设计答辩稿

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。

【《基于PLC的液位控制系统设计论文答辩稿》1100字】

基于PLC的液位控制系统设计论文答辩稿本文以西门子S7-300中型可编程控制器为核心，以MCGS组态软件为上位机，然后设计一个PLC的水箱液位控制系统。

采用液位传感器检测储水箱和水箱液位，使用流量传感器检测入水流量，通过水泵供水，使用调节阀调节入水流量。

该系统使用液位传感器实时检测水箱液位，由PLC进行处理，进行PID调节，PID输出，用于PID 控制环路的设置，并对流量进行PID调整，流量PID调节输出控制电调节阀开度，实现液位控制。

本文总体设计中分析了液位控制系统控制原理，由水泵电机M1和调节阀V1为水箱供水。

在储水罐内进行储水时，打开电路上的手动阀门。

关闭水管上的调压阀和电磁阀门,F1流量计显示出管道内压力值；当水压达到设定值后，开始工作。

当测得的水压值过低时，报警灯闪烁。

关闭开关。

启动系统启动M1水泵电机对水箱水位进行PID 控制及PID流量控制，调水阀自动开启并对LT2水箱水位进行调控。

并给出了液位控制系统串级控制流程。

在硬件设计当中，主要包括：PLC选择、调节阀的选择、液位测量变送仪表的选择、主电路设计、控制电路设计、PLC输入和输出分配以及PLC输入和输出接线图。

本文选用S7-300 PLC作为控制核心，并经过对比分析控制阀开关方式、流量特性、结构形式，最后选用了ZAJP精小型电动单座调节阀对系统流量进行控制。

同时，针对液位测量变送仪表，分析了差压式液位变送器的工作原理及选型方式，最后确定采用DP系列LT型智能液位变送器对系统液位进行监控，并设计了主电路、控制电路，最后画出了PLC输入和输出接线图。

在软件设计当中，对其控制流程展开分析，并画出了控制流程图以及梯形图，并搭建上位机，进行组态模拟运行，检测系统可行性。

最后通过HMI设计，搭建出组态监控画面，使用模拟自动化系统和WINCC来执行联合模拟测试，完成了液位控制系统设计。

本文设计的液位控制系统，其中水箱液位为主要控制参数，流量为二级控制参数，调节阀开度为控制参数，MCGS PID软件装置为控制器，形成采用MCGS集成PID软件设备，通过液位PID控制和流量PID控制实现水箱液位自动控制。

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）。

双容水箱液位控制系统毕业设计

本科生毕业论文（设计）双容水箱液位控制系统院－系：工学院专业：电气工程及其自动化年级：学生姓名：学号：导师及职称：Department:Major:Electrical engineering and automation Grade:Student’s Name:Student No:Tutor:\毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

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学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。

保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

作者签名：指导教师签名：日期：日期：毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单【摘要】随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。

在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。

串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。

串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。

串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。

本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。

在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真，最后用组态软件编制程序来实现控制。

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。

双容水箱液位控制系统毕业答辩

• • 0.32〈t1/t2〈0.46 过曲线的拐点做一条切线，它与横轴交于A点，OA即为滞后时间常数
H ( s) U ( s)
故双容水箱的数学模型如下：
P、I、D参数对调节质量影响分析
常规线性PID 控制器的原理
比例放大系数对调节性能的影响
积分时间对调节性能的影响
微分时间对调节性能的影响
•
恳请各位老师批评指正
谢谢！
常规线性PID控制器的原理
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值e(t)构成偏差 e(t)=r(t)-y(t) 模拟式调节器理想的PID控制算法为：
1 u (t ) K p [e(t ) Ti
de(t ) 0 e( )d Td dt ]
t
比例放大系数对调节性能的影响
Kp越大，比例调节作用越强，静态偏差就越小且动态偏差也越小，衰减率减小，但是振荡剧烈。
积分时间对调节性能的影响
积分时间Ti越小，积分作用越强，非周期成分衰减速度越快，消除静态偏差的能量越强。反之，当系统中的积分时间Ti无限大，无差调节也就变成了有差肌微分时间Td，可以明显减小调节过程动态偏差和调节时间。但是微分时间不能无限增大，否则会使调节速度太快而造成工作品质恶化，出现单方向的高频振荡。
双容水箱的线性PID控制参数整定
工程整定方法：它主要依赖工程经验，直接在控制系统试验中进行控制器参数整定，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例带法、衰减曲线法和反应曲线法。三种方法都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

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）。