课程设计报告---水箱液位控制系统
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。
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，通过控制水位的高低来实现水箱中水的供应与排放。
该系统常用于水处理、供水系统、工业生产等领域。
本篇毕业设计将基于可编程逻辑控制器（PLC）来设计一个水箱液位控制系统。
PLC作为控制器，能够实现对水位的监测、控制和保护。
首先，本设计将使用传感器来监测水箱的液位。
液位传感器将放置在水箱内部，在不同的液位位置测量水的高度。
传感器将通过模拟信号将液位信息传输给PLC。
PLC将读取并处理传感器的信号，得到水箱的液位信息。
其次，PLC将根据液位信息来控制水泵的运行。
当水箱的液位低于一定的阈值时，PLC将启动水泵，从水源处将水注入到水箱中。
当液位达到一定的高度时，PLC将关闭水泵，停止水的注入。
通过控制水泵的启动和停止，系统可以实现自动补水，从而保持水箱的水位在一个恰当的范围内。
此外，本系统还将具备一定的保护功能。
当水箱液位过高或过低时，PLC将触发报警装置，以便及时采取措施解决问题。
同时，系统将设置相应的安全控制，以防止水泵出现过载或短路等故障。
为了实现PLC控制系统的功能，本设计将使用PLC编程软件进行程序的编写和调试。
程序将根据液位传感器的输入信号，进行逻辑判断和控制指令的输出。
同时，本设计将与水泵、报警装置等硬件进行连接，以实现实际的控制功能。
最后，本设计将进行系统的仿真和调试。
通过模拟真实的液位变化情况，测试系统的控制性能和稳定性。
在确保系统正常运行的前提下，对系统进行各项性能指标的测试和评估。
通过该毕业设计的实施，我将能够掌握PLC水箱液位控制系统的原理和设计方法，提升自己在自动化控制领域的实践能力和工程应用能力。
同时，通过该设计的完成，也能为工业生产中的水箱液位控制问题提供一种可行的解决方案。
水箱液位串级控制系统实验报告
XXX科技大学电子信息工程学院专业硕士学位研究生综合实验报告实验名称：水箱液位串级控制系统专业：控制工程姓名：XXX学号：******指导教师：***完成时间：20**年6月*日的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
本实验系统结构图和方框图如图所示。
水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图方案设计及参数计算：串级控制系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
串级控制系统方框图R-主参数的给定值；C1-被控的主参数；C2-副参数；2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给电动调节阀上电。
3．打开上位机MCGS组态环境，打开“远程数据采集系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验十、水箱液位串级控制”，进入实验十的监控界面。
实验数据及结果：实验中，首先下水箱定值控制的给定为30，由实验数据可知系统表现出比较好的跟总特性。
待系统稳定后将给定突变为40，系统依旧可以快速稳定的跟踪给定，表现出很好的动态特性和稳态特性。
结果分析：主调节器采用PID控制器可以使下水箱液位等于给定值，并且没有误差。
由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参THANKS !!!致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。
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。
DCS课程设计水箱液位串级控制解析
目录1 题目背景与意义 01.1 题目背景 01.2 课题意义 02 设计题目简介 (1)2.1设计内容和规定 (1)2.2 集散控制系统基本构成 (1)2.3 设计原理及分析 (4)3 系统设计方案 (7)3.1双容水箱控制 (8)3.2串级控制 (8)4 系统硬件设计 (10)4.1数据采集模块 (10)4.1.1 模拟量输入模块 (10)4.1.2 模拟量输出模块 (11)4.2仪表和执行机构选型 (13)4.3系统连线 (13)4.3.1 模拟量输入模块FM148A接线 (13)4.3.2模拟量输出模块FM151A接线 (14)5 系统软件设计 (15)5.1组态画面旳设计 (13)5.2通讯设置 (15)6 系统仿真调试 (17)7 结论 (16)参照文献........................................... 错误!未定义书签。
71 题目背景与意义1.1 题目背景集散控制系统（Distributed control system）, 是以多种微处理机为基础运用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象旳调整、监视管理旳控制技术。
其特点是以分散旳控制适应分散旳控制对象, 以集中旳监视和操作到达掌握全局旳目旳。
系统具有较高旳稳定性、可靠性和可扩展性。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制, 所有信息通过通信网络由上位管理计算机监控, 实现最优化控制, 整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制旳长处, 克服了常规仪表功能单一, 人-机联络差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中旳缺陷, 既实现了在管理、操作和显示三方面集中, 又实现了在功能、负荷和危险性三方面旳分散。
DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要旳作用。
伴随工业自动化水平旳不停提高, 计算机旳广泛运用, 人们对工业自动化旳规定也越来越高。
而DCS又有延续性和可扩充性, 易学易用性和通用性, 使得DCS得到长足旳发展。
plc水箱水位控制课程设计
plc水箱水位控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和工作过程。
2. 学生能掌握水箱水位控制系统的组成、功能及相互关系。
3. 学生能了解并运用水位传感器进行水位信号的采集和处理。
技能目标：1. 学生能运用PLC编程软件进行水箱水位控制程序的编写和调试。
2. 学生能通过实际操作，完成水箱水位控制系统的搭建和故障排查。
3. 学生能运用相关工具和仪器进行水位控制系统的性能测试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学，积极探索PLC技术在工程领域的应用。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与交流能力。
3. 增强学生的环保意识，了解水位控制技术在节能减排方面的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能独立完成水箱水位控制系统的设计方案。
2. 学生能运用所学知识，编写并调试PLC程序，实现水位控制功能。
3. 学生能通过实验报告、口头汇报等形式，展示水箱水位控制系统的搭建过程及成果。
4. 学生在课程结束后，能对PLC技术在水处理、化工等领域的应用进行初步分析，并提出自己的见解。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PLC基本原理与结构：介绍PLC的组成、工作原理、性能指标等，使学生了解PLC的基础知识。
关联教材章节：第一章PLC概述。
2. 水箱水位控制系统组成：讲解水箱水位控制系统的各个组成部分，包括水位传感器、执行器、PLC等，并分析它们之间的相互关系。
关联教材章节：第二章PLC控制系统设计。
3. PLC编程软件的使用：教授PLC编程软件的基本操作，包括程序编写、调试和下载等，使学生掌握PLC编程的基本技能。
关联教材章节：第三章PLC编程技术。
4. 水位控制程序编写与调试：指导学生编写水位控制程序，并进行调试，实现水箱水位的自动控制。
关联教材章节：第四章PLC应用实例。
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。
计算机课程设计——水箱水位控制系统设计
计算机控制技术课程设计任务书1 引言在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。
所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
本课题涉及单片机硬件、软件的设计，功率放大，单片机与上位机通讯技术等，通过本课题的研究，可使我们对所学的专业学习进行总结、实践和提高，为就业和今后从事专业工作打好基础。
2 总体方案设计2.1 系统控制框图控制系统的总体框图如图2.1所示：2.2 系统控制方案确定由于单片机是按工业测控环境要求设计的，抗干扰能力强，环境要求不高，灵活性好，体积轻，可以降低系统的成本获得较好的性能。
水位检测是通过四对由高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，实时对水位进行检测。
当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片机输出低电平。
由上至下的第一个位置为水位上限报警线，即当水位高于此位置时，控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意；第二个位置是自动停止加水线，即当水位高于此位置时，控制系统会自动关闭给水电泵，停止加水；第三个位置是自动加水线，即当水位低于此位置时，控制系统会自动接通给水电泵，开始加水；第四个位置是水位下限报警线，即当水位低于此位置时，控制系统就会自动报警，提醒工作人员注意。
3 硬件电路设计由图2.1可观察到传感器通过对液面进行测量，输出模拟信号，再通过模数转换器把输入的模拟信号转换成数字信号，通过AT89C51单片机的运算控制，在通过LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示的同时，控制信号经驱动电路放大，控制给水、排水水泵进行给水或排水，从而对水位进行控制。
因而其硬件电路主要包括：控制器AT89C51单片机、液位传感器、A/D转换器、显示与报警电路、D/A转换器、驱动电路。
水箱水位控制实验报告
水箱水位控制实验报告实验名称：水箱水位控制实验实验目的：1. 理解并掌握水位控制的基本原理；2. 学习并掌握PID控制器的原理和应用；3. 进一步培养分析和解决问题的能力。
实验原理：水箱水位控制是典型的反馈控制系统，它的基本原理是根据传感器检测到的水位信号，通过控制阀门的开度来调节进水和排水的流量，从而实现控制水箱水位的目的。
PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是一种常用的控制器，它能根据给定的目标值和当前的反馈信号，通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的精确控制。
实验步骤：1. 搭建水箱水位控制实验装置，包括水箱、加水阀门、排水阀门、水位传感器和PID控制器等；2. 使用水位传感器对水箱的水位进行实时检测，并将检测到的信号传输给PID 控制器；3. 设置PID控制器的参数，并设定所需的水位目标值；4. PID控制器根据当前的水位反馈信号，通过计算得出相应的控制信号，进而调节阀门的开度；5. 根据控制信号的变化，调整阀门的开度，从而控制进水和排水的流量，以达到控制水箱水位的目的；6. 不断监测水箱水位的变化，对PID控制器的参数进行调整，优化控制系统的性能；7. 记录实验数据，并分析实验结果。
实验结果与分析：通过实验，我们可以得到一系列的实验数据，包括水箱水位和时间的变化关系、阀门开度和时间的变化关系等。
根据这些数据，我们可以对系统进行分析和优化。
在实验过程中，我们可以观察到如下现象：1. 当PID控制器的参数设置不合理时，系统的水位控制效果不佳，水位波动较大；2. 通过合理调整PID控制器的参数，可以减小水位波动，使得水位能够在较短的时间内达到稳定状态；3. 在某些情况下，系统的响应时间会较长，此时需要进一步优化PID控制器的参数；4. 可以通过改变目标水位值，观察系统的响应特性，进一步研究系统的稳定性和灵敏度。
实验结论：通过本实验，我们深入了解了水箱水位控制的基本原理和PID控制器的原理与应用。
水箱液位控制系统报告
水箱液位控制系统报告内蒙古科技大学测控专业毕业实习报告题目：基于组态软件的水箱液位控制系统姓名：学号：专业：测控技术与仪器班级：测控09-1班指导教师：李文涛目录前言1 1 工艺过程概述22高炉热风炉温度控制系统设计3 总结第二章硬件连接与调试本设计是一个简单的单回路负反馈控制系统，液位变送器测量出液位的高度，将实际的物理量转化成4~20mA的电流信号，该信号转化成1~5V电压信号传送给PCI-1710输入板卡，经板卡A/D转换后送入计算机中，与给定值进行比较得出偏差值, 这些偏差值经过PID算法处理后得到一个输出指令，该指令送给PCI-1720输出板卡，经D/A转化后还原成电压信号，该信号送给执行器去改变阀门开度，从而改变进水流量, 以实现对水箱液位的控制。
硬件选型压力变送器选型本设计中压力变送器选用的是ColliHigh公司的JYB-K 系列压力/液位变送器。
输出4~20mA电流信号，采用24V直流电源供电，精确度达到了±%FS，环境温度为-10~60℃。
该型传感器可广泛用于水厂、污水处理厂、城市供水、高楼水池、水井、矿井、工业水池、油池、水文地质、水库、河道、海洋等场合。
板卡选型本设计的输入板卡选择了研华的PCI-1710板卡，该板卡是一个12位，16通道的A/D采集卡；可采用16路单端或8路差分模拟量输入,或组合方式输入；12位A/D转换器采样数率可达100KHz；每个输入通道的增益可编程。
可以说PCI-1710板卡是一款多功能数据采集卡。
其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能。
输出板卡采用研华PCI-1720板卡，该板卡是一款PCI 总线的4路12位隔离数字量到模拟量的输出卡。
它能够在输出和PCI总线之间提供2500VDC的直流隔离保护，PCI-1720非常适合需要有高电压保护的工业现场。
用户可以单独将四个通道的输出设为不同的输出范围：0~+5V、0~+10V、±5V、±10V、0~20mA或4~20mA。
水箱液位控制系统设计
水箱液位控制系统设计一、引言二、水箱液位控制系统功能需求1.实时监测水箱内的液位，能够准确地反映水箱的水位高低。
2.自动控制水泵的启停，能够根据液位情况自动控制水泵的工作状态。
3.监测和报警功能，当水箱液位过高或过低时，能够及时发出警报，防止水箱溢满或干涸。
4.用户可通过控制面板进行参数设置和手动控制，便于系统的调试和操作。
三、系统硬件设计1.液位传感器：选择合适的液位传感器，如浮球式液位传感器、压力式液位传感器等，用于测量水箱内的液位。
2.控制面板：包括液晶显示屏、按键开关和警报器，用于进行参数设置、手动控制和状态显示。
3.控制器：采用单片机或PLC等控制器，用于控制水泵的启停和监测、处理液位传感器的信号。
4.电磁继电器：用于控制水泵的启停，根据控制器的输出信号来控制水泵的运行。
四、系统软件设计1.液位监测算法：通过液位传感器获取的模拟信号，经过模数转换后，传入控制器进行处理。
控制器根据预设的液位范围和阈值，判断并监测水箱的液位高低。
2.控制算法：根据液位监测的结果，判断是否需要启动或停止水泵。
当液位过低时，控制器输出控制信号，驱动电磁继电器闭合，启动水泵；当液位过高时，控制器输出控制信号，驱动电磁继电器断开，停止水泵。
3.参数设置界面：在控制面板上设计用户界面，用户可以通过按键设置液位的上下限值、警报阈值等参数。
4.警报功能：当水箱液位超过上限或低于下限时，控制器将发出警报信号，触发警报器报警，并在液晶显示屏上显示相应的警报信息。
五、系统测试与调试1.对液位传感器的测量精度进行测试，确认液位传感器和控制器的连接正确，信号传输正常。
2.进行液位控制的测试，对水箱进行填满、放空等操作，检查控制系统是否正常响应并进行相应的控制。
3.对警报功能进行测试，将液位设置为超过上限或低于下限的值，检查是否触发警报器和显示屏的报警信息。
六、系统优化与改进1.根据实际情况对控制算法进行优化，提高控制的精度和可靠性。
水箱液位控制系统的设计及实物调试
自动控制系统课程设计1、设计题目：水箱液位控制系统的设计及实物调试2、设计目的1、加强对自动控制原理这门课程的认识，初步认识工程设计方法。
2、通过对水箱液位控制系统的设计，进一步理解书本知识，提高实践能力，增强分析问题，解决问题的能力。
3、学习并掌握Matlab的使用方法，学会用Matlab仿真。
4、学会对仿真结果进行分析，计算，并应用到实践设计中去。
3、设计设备1、ACCC—Ⅰ型自动控制理论及计算机控制技术实验装置2、数字式万用表3、示波器4、MATLAB软件4、设计任务（1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解水箱液位控制系统的工作原理。
（2）总体方案的构思根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。
广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。
画出其原理框图。
（3）总体方案的确定可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。
（4）系统实现搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。
引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据5、设计要求1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。
2．选择系统主电路各元部件，进行主电路设计，并完成系统调试。
3．构成开环系统，并测其动态特性。
4．测出各环节的放大倍数及其时间常数。
5．分析单闭环无差系统的动态性能。
6．比较开环时和闭环时的动态响应。
7．构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ。
6、MATLAB 软件仿真6．1 软件仿真部分设计要求1、参考文献【1】完成对电机的数学建模，拉普拉斯变换后得到系统的传递函数；2、带入表中的水箱液位系统参数，求出系统的开环传递函数；3、绘制出系统的开环传递函数的单位阶跃响应，分析系统的单位阶跃响应，得到相关性能指标；4、分步骤实现系统的PID 校正，分别进行比例控制（P ）校正，比例微分控制（PD ）校正，比例积分控制（PI ）校正和比例积分微分控制（PID ）校正；5、运用《自动控制原理》知识分析系统的性能特征，从阶跃响应性能指标，频域特性等角度分析系统校正前和校正后的性能；6、设计后的系统满足如下性能指标：s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ；7、改变输入信号，将阶跃信号分别换成方波信号，信号的周期设置为4s ，幅值为5V 。
pid水箱控制系统课程设计
pid水箱控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解PID控制原理，掌握水箱控制系统的基本构成及工作原理；2. 使学生掌握水箱液位控制的相关数学模型，了解参数对控制系统性能的影响；3. 引导学生运用所学知识，分析水箱控制系统的实际运行问题，并提出合理的解决方案。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法进行水箱控制系统设计与调试的能力；2. 培养学生利用相关软件工具（如MATLAB/Simulink等）进行水箱控制系统仿真的技能；3. 提高学生团队协作、沟通表达及分析解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动控制技术的兴趣，培养其创新意识和实践精神；2. 培养学生严谨的科学态度，提高其对工程问题的责任感；3. 引导学生关注我国自动化产业发展，树立为国家发展贡献力量的价值观。
课程性质分析：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生将所学理论知识应用于实际控制系统设计，提高学生的实践操作能力和创新能力。
学生特点分析：学生已具备一定的自动控制理论基础，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏将理论知识与实际应用相结合的经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调学生在课程学习中的主体地位，提高学生的参与度和积极性。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习和工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：- PID控制原理：介绍比例、积分、微分控制的基本概念和作用；- 水箱控制系统的数学模型：讲解水箱液位控制系统的动态特性及传递函数推导；- 控制系统性能分析：探讨参数对控制系统稳定性和快速性的影响。
2. 实践操作：- 水箱控制系统设计与仿真：利用MATLAB/Simulink软件，进行水箱控制系统的建模、仿真与调试；- 硬件在环实验：结合实际水箱控制系统，进行硬件在环实验，验证控制策略的有效性。
3. 教学大纲：- 第一周：PID控制原理学习，水箱控制系统的基本构成及工作原理介绍；- 第二周：水箱控制系统的数学模型建立与性能分析；- 第三周：水箱控制系统设计与仿真，参数调试与优化；- 第四周：硬件在环实验，总结与反思。
单容水箱液位控制报告范文
单容水箱液位控制报告范文计算机测控系统课程设计课题：基于DCS技术的水箱水位串级控制系统设计与仿真实现专业：自动化班级：2022031____一、课程设计目的通过对水位监控系统的设计和试验，掌握组态软件的应用，以及计算机监控系统的基本组成和实现方法。
了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。
以P3DCS分散控制系统为平台，完成DCS的组态。
课程设计内容采用P3DCS系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试，包括数据库组态、SAMA图组态、流程图组态、操作器组态，设计手动和单回路自动控制、串级自动控制等控制方案，并实现手自动无扰切换和报警，设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现，进行仿真、参数整定与系统调试。
其中上水箱水位的对象传递函数为上水箱水位对下水箱水位传递函数为其它执行器和测量电路的传递函数简化为K=1系统概述系统的工艺流程如下图（图1）所示：图SEQ图表\某ARABIC1根据水箱系统的结构，我们设置一个串级控制回路，把下水箱作为串级控制系统的主控制回路，上水箱作为串级的副控制回路。
从而得出串级控制系统的方框图如（图2）所示：图SEQ图表\某ARABIC2课题设计及其步骤本次课程设计主要有两个方面的工作：即是组态设计和系统调试：组态设计1）系统配置组态主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O－卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。
此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。
2）实时数据库组态数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。
数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。
先进行“系统数据库”的建立，建立好之后如下图（图3）：图SEQ图表\某ARABIC33）控制算法组态控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。
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课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统的设计班级：学号：姓名：指导教师：设计时间： 2012.05.07—2012.05.25摘要在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。
而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。
过程时间常数一般比较小。
以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。
液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。
国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。
很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置!本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。
这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。
液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。
而其中应用最广泛的就是PID 控制器。
这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。
学会建立了最初的四种模型。
接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。
并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。
关键词：水箱液位 PID控制串级控制前馈控制经验凑试法1.引言在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。
在本世纪30 年代就已有应用。
过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。
随着信息技术、自动化技术在过程工业的广泛应用，过程控制系统在过程工业中愈显重要。
过程控制从应用于工业生产至今经历了一个由简单到复杂、从低级到高级的过程。
在过程控制中，通常对液位、温度、压力、流量等参数进行控制。
其中，液位控制技术在国民生活、生产中发挥了重要作用，如民用水塔供水，精馏塔液位控制，锅炉气泡液位控制等。
液位控制的准确度与精度都直接或间接地影响着生产、生活的质量与安全。
为了保证安全、合理高效生产，急需开展先进的液位控制方法和策略的研究和开发。
水箱液位控制系统是设计和开发先进液位控制策略的一个开放式平台，具有观察直观、测量容易、组态灵活，可实施各种相异的控制方案，国内外许多学者和工程技术人员基于该类装置做出了重要的研究报告，以验证重要的理论成果和指导生产实践。
然而，目前我国这类控制实验装置主要用于高校实验教学，存在着实验采集数据误差较大、实验对象过于单一等不足。
因此，开发具有科研功能的试验装置具有重要的工程应用价值。
2 设计任务及要求（1）实验系统熟悉及过程建模①描述实验系统的总体结构（结构图及语言描述）。
②利用实验建模方法建立进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果。
③利用实验建模方法建立进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）④利用实验建模方法建立副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）⑤利用实验建模方法建立双容水箱（上下串联）的进水流量（上水箱进水）和水箱（下）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）（2）实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计①画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。
详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义。
说明该控制系统的控制依据和控制功能。
②采用经验凑试法调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控制系统达到满意的控制质量。
要求：在PID参数调试过程中，按控制质量从坏到好分别（P，PI，PID）记录6组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标），并说明你做参数进一步调整的原因，进而掌握PID控制作用对控制质量的影响。
③控制系统稳态时，打开旁路干扰阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
④打开副回路进水阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：①旁路流量的频繁，剧烈变化对控制质量有着严重的影响，有什么方法可以较好的抑制这个扰动对控制质量的影响。
②副回路进水的频繁剧烈变化对控制质量的严重影响，有什么方法可以很好的抑制其对控制质量的影响。
（3）实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计①画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。
详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义。
说明该控制系统的控制依据和控制功能。
②采用经验凑试法调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控制系统达到满意的控制质量。
要求：在PID参数调试过程中，按控制质量从坏到好分别（P，PI，PID）记录6组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标），并说明你做参数进一步调整的原因，进而掌握PID控制作用对控制质量的影响。
③控制系统稳态时，打开旁路干扰阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
④打开副回路进水阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：①在这种情况下，和(2)中单回路控制系统控制质量有什么变化？为什么会有这样的变化？②在这种情况下，你有什么办法提高控制系统的控制质量？详细说明你的想法。
（4）实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计①画出此串级控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会使得该系统有哪些优势。
②采用经验凑试法调节主、副控制器参数，使控制系统达到满意的控制质量。
要求：写出调试控制器参数的具体步骤。
在PID参数调试过程中，记录10组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）来说明你的调试过程，并说明你做参数进一步调整的原因。
③在设定值发生阶跃变化（设定值阶跃增大及设定值阶跃减小）时，观察并记录控制系统的过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）。
④打开旁路干扰阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中③的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
⑤打开副回路进水阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中④的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
思考：串级控制系统对于副回路进水的频繁剧烈变化具有一定的抑制作用，还有什么方法可以更好的抑制该扰动对水箱液位的影响，使得控制质量能够进一步提高。
（5）实现副回路进水流量的前馈控制（提示：和水箱（上）液位的单回路控制系统组成一个前馈-反馈复合控制系统）①画出此前馈-反馈复合控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会使得该系统有哪些优势。
②试求解前馈控制器的模型。
③采用简化模型代替前馈控制器，利用Matlab仿真软件调节前馈控制器参数，使得副回路进水流量发生剧烈变化时，控制系统达到满意的控制质量。
写出前馈控制器参数的调试步骤，记录与其对应的6组以上的控制系统过渡过程（包括：过渡过程曲线，控制质量指标），充分反映你的参数调试过程。
3.实验系统熟悉及过程建模3.1模型的建立首先观察到了实验装置，我们主要用了水箱，调节阀，电磁流量计，变频计，液位检测变送器等等。
我们设计了主副回路相结合的调解办法。
主回路上有自动调节阀，只需在控制器上给定量，便可以自己调节。
并且有电磁流量计，来实时监控流量变化。
副回路主要是变频器，通过调节频率来控制副回路泵的转速，从而调节流量。
这里使用的是涡轮流量计来检测流量的大小。
流量的实物体现便是水箱的液位变化。
然后在设置一个反馈环节，主要是利用液位检测变送器来实现的。
这就是模型的大概思路。
我们组是直接用双容水箱做的这个实验。
因为按照我们的理解，如果调节控制下水箱就是水箱，但是不管下水箱则为单容。
我们用主副回路共同控制水箱液位。
先通过控制器来调节自动调节阀，从而控制左上水箱的进水流量，然后调节出水阀，然进水流量等于出水流量，从而把液面控制稳定在一水平面上。
方框图如下：图3.1 水箱液位控制系统原理方框图3.2进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型调节阀的开度 由17%阶跃到24%图3.2.1 第一次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图调节阀的开度 由图3.2.2 第二次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图运用相关的公式及模型，可得：调节阀的开度变化：24%17%7%R ∆=-= （3.2.1）比例系数为()(0)0.1790.1400.0560.7H H K R ∞--===∆ （3.2.2）纯滞后系数为10.4 2.30.40.92T τ=⨯=⨯= （3.2.3）时间常数为02 5.6630.92 4.743T T τ=-=-= (3.2.4)进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型为00.0561 4.7431o K W T s s ==++ (3.2.5)3.3建立进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型 阀的开度由图3.3.1 第一次给调节阀阶跃的进水流量和水箱（上）液位之间关系图阀的开度由图3.3.2 第二次给调节阀阶跃的进水流量和水箱（上）液位之间关系图调节阀的开度变化：0.1790.1400.039R ∆=-= （3.3.1）比例系数为()(0)13.62 4.59231.50.039H H K R ∞--===∆ （3.3.2）纯滞后系数 10.475.6630.430.265T τ=⨯=⨯= (3.3.3)时间常数为2138.975T =02138.97530.265108.71T T τ=-=-= (3.3.4) 进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型为0231.51108.711o K W T s s ==++ (3.3.5)3.4副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型阀的开度由图3.4.1 第一次给调节阀阶跃的副回路流量和水箱（上）液位之间关系图阀的开度由图3.4.2 第二次给调节阀阶跃的副回路流量和水箱（上）液位之间关系图调节阀开度变化0.17740.14200.0354R ∆=-= （3.4.1）比例系数()(0)10.5208 3.2552205.240.0354H H K R∞--===∆ （3.4.2）纯滞后系数10.477.0930.430.83T τ=⨯=⨯= (3.4.3)时间常数02238.5130.83207.68T T τ=-=-= (3.4.4)副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型0205.241207.681o K W T s s ==++ (3.4.5)3.5双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系的数学模型阀的开度由图3.5.1 第一次给调节阀阶跃的双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系图阀的开度由图3.5.2 第二次给调节阀阶跃的双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系图1299.178t s=，2683.281t s =120.43865t t = 可用12121121221222.16(0.320.46)1.740.55()t t T T t TT t t T T t +⎧+≈⎪⎪<<⎨⎪≈-+⎪⎩ （3.5.1）计算解得1315.865T =2138.975T =调节阀开度变化0.1790.1400.039R ∆=-= （3.5.2）比例系数()(0)10.63 3.17191.280.039H H K R∞--===∆ (3.5.3)双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系的数学模型为1217(1)(1)(315.8651)(138.9751)o K W T s T s s s ==++++ （3.5.4）4. 实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计4.1 单回路系统控制图此单回路控制系统的控制原理图图4.1.1 单容水箱（上）液位的单回路控制原理图②此单回路控制系统的控制框图图4.1.2 单容水箱（上）液位的单回路控制框图4.2 PID参数整定控制器参数的整定，对PID控制规律来说，就是恰当选择比例度（或比例放大系数、积分时间常数和微分时间常数的值。