液位闭环反馈控制系统设计
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)一、实验目的1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。
2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。
3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。
二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。
三、实验原理一阶单容水箱PID控制方框图图为单回路上水箱液位控制系统。
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用EPA系统控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。
P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线四、实验步骤(1)关闭出水阀,将CS4000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
液面闭环控制系统原理
液面闭环控制系统原理液面闭环控制系统是一种用于监测和调节液体液位的自动控制系统。
它通过测量液体液位的变化并根据设定的目标值来调整控制阀门的开度，以维持液体的稳定液位。
该系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器是液面闭环控制系统的关键组件之一，它用于测量液体的液位并将其转换为电信号。
常用的液位传感器有浮子式液位传感器、压力式液位传感器和超声波液位传感器等。
这些传感器能够准确地测量液体的液位，并将测量结果传输给控制器。
控制器是液面闭环控制系统的核心部分。
它接收传感器传输过来的液位信号，并与设定的目标值进行比较。
根据比较结果，控制器会计算出误差值，并通过控制算法来决定控制阀门的开度。
常见的控制算法有比例控制、积分控制和微分控制等。
控制器还可以根据实际情况进行参数调节，以优化控制效果。
执行器是液面闭环控制系统的输出部分，它根据控制器的指令来调整控制阀门的开度。
控制阀门的开度与液体的液位密切相关，通过调节阀门的开度，液体的液位可以得到有效控制。
执行器通常由电动执行器或气动执行器组成，它们能够按照设定的要求精确地控制阀门的开闭。
液面闭环控制系统的工作原理是通过不断地监测和调节液体的液位，使其保持在设定的目标值范围内。
当液位偏离目标值时，传感器会将实际液位信号传输给控制器。
控制器根据实际液位信号与目标值之间的差异计算出误差，并根据控制算法决定控制阀门的开度。
执行器根据控制器的指令来调节阀门的开度，使液位逐渐趋近于目标值。
当液位达到目标值时，控制器停止调节，液面闭环控制系统达到稳定状态。
液面闭环控制系统的优点在于能够实现液位的精确控制和稳定维持。
它可以适用于各种液体的液位控制，如水箱液位控制、化工反应器液位控制等。
液面闭环控制系统还可以与其他控制系统相结合，实现更复杂的控制任务。
液面闭环控制系统是一种基于液位传感器、控制器和执行器的自动控制系统。
它通过监测和调节液体的液位，实现液位的精确控制和稳定维持。
液面闭环控制系统在工业生产和生活中有着广泛的应用，并发挥着重要的作用。
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告实验报告:三级液位仿真系统双闭环比值控制系统一、引言液位控制是工业自动化中的重要应用之一、液位控制系统的目标是使液位保持在设定值附近，并且在输入条件发生变化时能够快速恢复到稳定状态。
本实验针对三级液位仿真系统，设计了双闭环比值控制系统，旨在通过控制液位流量比值来实现液位的稳定控制。
二、实验原理在三级液位仿真系统中，通过给定流量值控制输入泵的流量，控制出口泵的速度以满足液位控制要求。
传感器采集液位信号并反馈给控制系统，经过控制计算得到输出调节量，控制输入泵和出口泵的流量值。
双闭环比值控制系统将比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器结合起来，通过对输入泵和出口泵的流量进行控制，实现液位的稳定控制。
其中，比例控制器通过控制出口泵的速度来调节液位；积分控制器通过控制输入泵的流量来增加系统的稳定性。
比例-积分二次控制器结合了比例控制器和积分控制器的优点，既能快速响应输出，又能保持系统的稳态。
三、实验步骤1.连接实验系统：将液位传感器和流量传感器分别连接到控制系统进行信号采集。
2.设置参数：根据实际系统，设置合适的参数，包括液位传感器和流量传感器的量程、比例控制器和积分控制器的参数等。
3.运行系统：启动实验系统，并设置液位的设定值。
4.控制开关：根据实验要求，打开或关闭比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器。
5.实验记录：记录实验系统的响应速度、稳态误差和稳定性等参数，并与理论预期进行对比分析。
四、实验结果通过实验控制系统成功实现了液位稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器的控制效果最好，能够快速响应输出，且稳定性较好。
比例控制器的控制效果次之，响应速度较快，但稳定性较差。
积分控制器的控制效果最差，响应速度相对较慢。
五、实验总结本实验通过三级液位仿真系统的双闭环比值控制系统，成功实现了液位的稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器是一种有效的控制方法，能够在保证系统响应速度的同时保持稳态。
液位自动控制系统方案
等级:课程设计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称液位自动控制系统设计与调试专业班级学号姓名指导老师电气信息学院课程设计任务书课题名称液位自动控制系统设计与调试姓名专业班级学号指导老师课程设计时间教研室意见审核人：一.课程设计的性质与目的本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程围的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二. 课程设计的容1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
三. 课程设计的要求1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。
2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。
确定控制方案。
配置电器元件，选择PLC型号。
绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
3.第一周星期五：上机调试程序。
4.第二周星期一：指导编写设计说明书。
闭环控制系统的例子和工作原理
闭环控制系统的例子和工作原理
闭环控制系统是一种基于反馈的控制系统，其工作原理是通过测量被控对象的输出，并与期望值进行比较，然后根据比较结果调整输入信号，从而使系统的输出能够接近期望值。
以下是一些闭环控制系统的例子和工作原理：
1. 温度控制系统：该系统通过测量室内温度并与设定的温度值进行比较，然后根据比较结果控制加热器或冷气机的输入信号来维持室内温度接近设定值。
2. 自动驾驶系统：该系统通过使用传感器来感知车辆周围的环境，并与预定的路线进行比较，然后根据比较结果调整车辆的加速度、转向和制动信号，以使车辆保持在所需的路线上。
3. 液位控制系统：该系统通过测量液位并与设定的液位进行比较，然后根据比较结果调节液位控制阀的开度，以使液位保持在设定值附近。
4. 压力控制系统：该系统通过测量压力并与设定的压力进行比较，然后根据比较结果调整压力控制阀的开度，以使压力保持在设定值范围内。
在闭环控制系统中，反馈环起到了至关重要的作用，允许系统对自身的输入和输出进行监测和校正。
通过不断进行反馈，系统可以更准确地跟踪和调整输出，使
其更接近期望值。
这种反馈机制可以提高系统的稳定性、准确性和鲁棒性。
基于PLC的液位控制系统研究毕业设计(论文)
毕业设计论文基于PLC的液位控制系统研究摘要本文设计了一种基于PLC的储罐液位控制系统。
它以一台S7-200系列的CPU224和一个模拟量扩展模块EM235进行液位检测和电动阀门开度调节。
系统主要实现的功能是恒液位PID控制和高低限报警。
本文的主要研究内容：控制系统方案的选择，系统硬件配置，PID算法介绍，系统建模及仿真和PLC编程实现。
本设计用PLC编程实现对储罐液位的控制,具有接线简单、编程容易，易于修改、维护方便等优点。
关键字：储罐;液位控制;仿真;PLCAbstractThis article is designed based on PLC, tank level control system. It takes a series s7-200 CPU224 and an analog quantities of EM235 expansion module to level detection and electric valve opening regulation.System main function is to achieve constant low level PID control and limiting alarm.The main contents of this paper: the choice of the control system plan, system hardware configuration, PID algorithm introduced, system modeling and simulation, and PLC programming. PLC programming with the design of the tank level control have the advantage of simple wiring, easy programming, easy to modify, easy maintenance and so on.Key word: tank ; level ;control ;simulation ;plc目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................... I I 1 绪论. (1)1.1盐酸储罐恒液位控制任务 (1)1.2本文研究的意义 (2)1.3本文研究的主要内容 (2)2 控制系统方案设计 (3)2.1储罐液位控制的发展及现状 (3)2.2系统功能分析 (3)2.3系统方案设计 (4)3 系统硬件配置 (5)3.1电动控制阀的选择 (5)3.1.1 控制阀的选择原则 (5)3.1.2 ZAJP 精小型电动单座调节阀性能和技术参数介绍 (10)3.2液位测量变送仪表的选择 (13)3.2.1 液位仪表的现状及发展趋势 (13)3.2.2 差压变送器的测量原理 (13)3.2.3 差压式液位变送器的选型原则 (14)3.2.4 DP系列LT型智能液位变送器产品介绍 (15)3.3PLC机型选择 (16)3.3.1 PLC历史及发展现状 (16)3.3.2 PLC机型的选择 (18)3.3.3 S7-200系列CPU224和EM235介绍 (20)4 PID算法原理及指令介绍 (21)4.1PID算法介绍 (22)4.2PID回路指令 (24)5 系统建模及仿真 (28)5.1系统建模 (28)5.2系统仿真 (30)5.2,1 MATLAB语言中Simulink交互式仿真环境简介 (30)5.2.2 系统仿真 (31)第6章系统编程实现 (33)6.1硬件设计 (33)6.1.1 绘制控制接线示意图 (33)6,1.2 I/O资源分配 (33)6.2软件设计 (34)6.2.1 STEP 7 Micro/Win V4.0 SP6编程软件介绍 (34)6.2.2 恒液位PID控制系统的PLC控制流程 (35)6.2.3 编写控制程序 (36)6.2.4 程序清单 (39)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (42)1 绪论1.1 盐酸储罐恒液位控制任务如图1.1所示为某化工厂稀盐酸储罐，该罐为钢衬聚四氟乙烯储罐，罐体高6米，容量为50立方米，重500千克。
锅炉液位控制系统课程设计报告
摘要集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部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的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，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的分散。
DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。
关键字：集散控制系统；微处理器；最优化控制目录1. 概述 (1)2.通用版及嵌入版MCGS组态软件 (5)2.1锅炉液位控制工程文件建立 (5)2.2锅炉液位控制画面设计 (11)3.被控对象设计 (17)3.1实验装置简介 (17)3.2被控对象特性说明（过程工艺分析） (18)3.3被控对象的结构设计 (18)3.4被控对象工艺流程图 (19)4.控制系统设计 (19)4.1控制系统原理分析及控制方案设计 (19)4.2一次仪表选型设计 (21)4.3 DCS选型设计 (25)5.DCS组态设计 (26)5.1 DCS硬件组态设计 (26)5.2 DCS软件组态设计 (28)5.3 DCS系统闭环运行调试结果分析与说明 (32)5.设计总结与体会 (34)6.参考文献 (35)1. 概述集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部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的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，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的分散。
典型控制系统仿真———液位自动控制系统仿真
典型控制系统的仿真----------液位控制系统班级： 0309102姓名： 030910231 ***030910221 董朋030910224 王玮目录一.引言......................................................................................................................................... - 3 - 二．方案选择.............................................................................................................................. - 3 - 1单回路控制方案说明：................................................................................................... - 3 - 2对该系统的初步分析....................................................................................................... - 3 - 三．系统的建模.......................................................................................................................... - 4 -1、原系统变化液位与开关阀门闭合程度关系表达式.................................................... - 4 -2开环系统matlab仿真...................................................................................................... - 6 -2.1原系统：................................................................................................................ - 6 -2.2原系统输出波形.................................................................................................... - 7 -2.3 分析....................................................................................................................... - 7 - 四．液位控制系统的工作原理.................................................................................................. - 8 -1.建立加入反馈的液位控制系统模型：........................................................................... - 8 -五、单位反馈的系统分析.......................................................................................................... - 9 -六、自控数学模型的建立及其传递函数................................................................................ - 10 -七、传递函数)()(sHsHio的汇总....................................................................................... - 11 -八．液箱控制系统现实仿真（为简化画图，只画了一级液箱，实际为二级液箱）----------12九．实际系统的仿真：（已将液量与液位的关系用物理关系转化） .................................. - 12 - 1系统加入闭环反馈后的simulink仿真......................................................................... - 12 - 2加入闭环后系统波形图................................................................................................. - 13 - 3结果................................................................................................................................. - 13 -十、实际的实现方法................................................................................................................ - 13 -1.阀门用气动式开关......................................................................................................... - 13 -2.相应执行环节................................................................................................................. - 14 - 十一．实践结论........................................................................................................................ - 14 - 十二．小组分工...................................................................................................................... - 15 - 十三.实践总结........................................................................................................................... - 15 -一.引言在自控创新实践中，我们选择了某生产过程中液容进行控制，通过对该液箱的开环控制传递函数来研究系统的稳态特性，动态特性，以及根据现有的知识液平来探究如何通过闭环系统来进一步调高系统的稳定性。
自动控制系统的工作原理
Automatic Control Theory 刘明俊
国防科技大学出版社
1
1. 人类社会发展的三个时代
人力时代
人类主要依靠自身的肌体来完成能量变换和信息变换，但 是人类自身转换的功率和范围都极其有限，纵有九牛二虎之 力，也不能昼夜不停地工作着，因此创造的财富有限，最高 文明只达到封建社会。
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1.2 自动控制系统的工作原理
系统：为了达到某一目的，由一些对象相互作用，相互制 约，组成一个具有一 定运动规律的整体。
控制系统：指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系 统，由被控对象和控制器构成的整体。
自动控制系统的性能，在很大程度上取决于系统中的控制器 为了产生控制作用而必须接收的信息，这个信息有两个可能 的来源： 1）来自系统外部，即由系统输入端输入的参考输入信号。 2）来自被控对象的输出端，即反映被控对象的行为或状态 的信息。
闭环控制系统框图
输入量
干扰量
控制器
控制对象
输出量 被控量
测量元件
反馈回路
22
给定装置
－＋
给定电压
放大器
e
电机
M
减速器
－＋
热电偶 电阻丝
热电偶 输ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电压
调压器 220～
给定电压 e 放 大 -器
电
减
动
速
机
器
热电偶
调
恒 期望炉温
压
温
器
炉
23
工作原理：
当炉内实际温度与给定电位计表征的希望高度 一致时，热电偶输出电压与给定电压相等，电 动机不转动，系统相对平衡。当炉温因扰动出 现偏差时（如炉温低于希望值），偏差电压经 放大后驱动电动机转动，将调压器电刷向上移 动，使电阻丝两端电压增大，从而使炉温升高， 趋于希望值。
液位控制系统的原理
液位控制系统的原理
液位控制系统采用传感器检测液位变化，并通过控制器对液位进行监测和调节，以达到控制液位的目的。
其基本工作原理如下：
1. 传感器检测液位：液位控制系统通过安装在液体容器中的液位传感器来检测液位的变化。
传感器可以使用不同的原理，如浮球测量、压力传感、电容测量等，来实现对液位的实时监测。
2. 液位信号传输：传感器将检测到的液位信号转换为电信号，然后通过传输线路将信号传递给控制器。
传输线路可以采用模拟信号传输方式或数字信号传输方式，具体根据系统的要求和信号的特性进行选择。
3. 控制器处理信号：控制器是液位控制系统的核心部件，负责对传感器传来的液位信号进行处理。
控制器将接收到的信号与预设的设定值进行比较，并根据差异调整控制执行器的动作，以维持液位在设定范围内。
4. 控制执行器调节液位：根据控制器的指令，控制执行器采取相应的控制动作，来实现液位的调节。
常见的控制执行器包括阀门、泵和电机等，根据实际需求来选择合适的控制设备。
5. 反馈控制：液位控制系统通过反馈机制实现闭环控制。
控制器会不断监测液位的变化，并根据实际液位反馈信息对控制参数进行调整。
这样可以保持系统稳定性，并减小由于外界干扰和液体特性变化带来的影响。
通过以上的工作原理，液位控制系统可以实现对液位的准确控制和稳定性维持，广泛应用于工业生产和自动化控制领域。
什么是闭环控制系统的基本工作原理
什么是闭环控制系统的基本工作原理闭环控制系统是一种基于反馈机制的控制系统。
它能够对系统输出进行测量，并将这一测量结果与系统期望输出值进行比较，从而产生反馈信号。
这些反馈信号被用来调整系统输入，从而实现控制目标。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤。
第一步，设计反馈环节。
闭环控制系统的核心在于反馈环节。
其作用是将输出信号与期望信号进行比较，并产生误差信号。
首先需要确定期望输出值，以及输出信号需要测量的物理效应。
然后，通过测量传感器或单元，可以获得一个反馈量，该量用于表示实际输出值。
这个反馈值与期望输出值进行比较，并产生一个误差信号。
误差信号通过误差放大器，得到调节量。
第二步，设定控制器。
控制器是指根据误差信号，产生控制信号的设备。
它根据误差信号计算一些公式或使用其他算法，以产生一个控制信号。
控制信号有助于使系统向期望输出值移动。
第三步，设定执行器。
执行器是指接收控制信号，产生实际动作的设备。
当控制信号通过执行器发送给物理过程时，执行器会产生实际的动作，从而实现输出信号的变化。
执行器可能是一个马达，也可能是一个液压系统。
第四步，对控制器和执行器进行调节。
一旦设定好反馈环节、控制器和执行器，就可以进行系统性能的调整。
首先根据实际的误差值，可以对控制器进行参数调节，以改善控制精度。
例如，可以调整比例、积分和微分增益等参数，以获得更好的系统性能。
对于执行器，也可以调整其参数，以更深入地了解它如何影响系统性能。
第五步，重复步骤1到步骤4，直到达到最佳系统性能。
在实际生产中，由于环境、工作负载或器件变化等因素的影响，需要不断调整并重复上述步骤。
通过反馈调整系统，最终得到在给定条件下最佳输出。
总之，闭环控制系统的基本工作原理是通过反馈机制，将实际输出与期望输出进行比较，并通过控制器和执行器进行调节，从而实现控制目标。
通过不断优化系统参数，可以最终实现最佳性能，并为生产和工业应用提供持续稳定的输出。
基于PLC的液位控制系统设计
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
液位控制系统的硬件组成
计算机液位控制系统电路图如图所示。在本控制系统中、用计算机实现控 制算法, PLC控制系统带有A/D模块SM331和D/A模块SM332。电动调节阀作为 执行机构。
控制系统硬件电路连接图
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
液位变送器 : 采用液位变送器 BP800采用工业用的扩散硅压力变送器， 含不绣钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补 偿 。压力传感器用来对上水箱和下水箱的液位进行检测，变送器为二 线制，故工作时需串接24VDC电源 。
电动调节阀 : 采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。。 电动调节阀号为: QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、 推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作 方便等优点，控制信号为4—20mADC或1—5VDC，输出4—2OmADC的阀位信 号，使用和校正非常方便。
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基于PLC的液位控制系统设计
建立数学模型
被控对象的数学模型 :
将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型 就是h与Q1之间的数学表达式。根据动态物料平衡关系有:
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
表示为增量形式:
式中: ΔQ1，ΔQ2，Δh分别为偏离某一平衡状态的增量；A为水箱截 面积。
基于PLC的液位控制系统设计
本文设计的主要目的是控制下水箱的液位。使下水箱的 液位在某一比较小的范围变化。
研究对象是双容水箱的串级系统。 液位控制系统的组成：
控制器 电动调节阀 上水箱、下水箱 液位变送器等 电动调节阀用于调节上水箱的进水量大小，液位变送器 用于检测上水箱和下水箱的液位。控制器的输出量用于控制 调节阀的开度。
控制系统中的反馈与闭环设计
控制系统中的反馈与闭环设计在控制系统中，反馈与闭环设计起着至关重要的作用。
通过反馈机制，系统能够实时地感知到输出与期望值之间的差距，并作出相应调整，从而使系统能够更稳定地工作。
本文将探讨控制系统中反馈与闭环设计的原理、应用和优势。
一、反馈控制系统的基本原理反馈控制系统是一种通过测量输出，将结果与期望值进行比较，并根据比较结果作出相应调整的系统。
其基本原理可以通过以下几个步骤来描述：1. 收集输出信息：控制系统会将输出信息进行采集和测量，以便与期望值进行比较。
2. 比较输出与期望值：采集到的输出信息与期望值进行比较，以确定二者之间的差异。
3. 生成误差信号：根据输出与期望值之间的差异，生成相应的误差信号。
误差信号表示系统当前的偏离状态。
4. 根据误差信号进行调整：控制系统利用误差信号来调整系统的输入或参数，以使输出逐渐接近期望值。
5. 反复循环：控制系统会不断采集输出信息、比较并调整，以保持系统的稳定性和准确性。
二、闭环设计的应用领域闭环设计在各个领域都有广泛应用，包括但不限于以下几个方面：1. 工业自动化：在工业自动化领域，闭环设计可以用于控制各种工艺参数，如温度、压力、流量等。
通过实时测量和比较，调整参数可以使工业生产更为稳定和高效。
2. 电子设备：在电子设备中，闭环设计可用于跟踪和控制信号强度、电流、电压等参数，保证设备的稳定工作。
3. 交通管理：闭环设计在交通管理中可以应用于智能交通信号灯控制系统，根据实时交通流量和拥堵情况，自动调整信号灯的时序，优化交通流动。
4. 医学领域：闭环设计广泛应用于医学监护设备。
例如，心电监护系统通过实时监测心电信号并与正常心电波形进行比较，发现异常情况并及时进行处理。
三、反馈与闭环设计的优势1. 提高系统稳定性：反馈控制系统可以实时地感知和调整，使系统更加稳定。
通过减小输出与期望值之间的差距，系统的响应能力得到增强。
2. 提高鲁棒性：闭环控制系统可以对外部干扰和内部变化具有一定的抵抗能力。
闭环控制系统的设计
04
闭环控制系统应用实例
温度控制系统设计
温度控制系统是闭环控制中常见的一种，主要用于工业和家庭环境中对温度的精 确控制。
温度控制系统通过温度传感器检测环境温度，并将该信号传输至控制器。控制器 根据预设的温度值与实际温度值的差异，输出相应的控制信号，如调节加热元件 的功率，以实现温度的精确控制。
液位控制系统设计
控制精度分析
分析系统输出与期望输出之间的误差大小和分布情况，评估控制精 度。
03
闭环控制系统设计方法
根轨迹法
总结词
根轨迹法是一种通过绘制闭环极点在复平面上的轨迹来分析控制系统稳定性的方 法。
详细描述
根轨迹法通过分析开环传递函数的极点位置变化来预测闭环系统的稳定性。通过 改变开环传递函数的某些参数，可以观察到闭环极点的变化，从而判断闭环系统 的稳定性。根轨迹法还可以用于确定系统对特定参数变化的敏感度。
闭环控制系统是一种反馈控制系统， 它通过比较实际输出与期望输出之间 的误差来调整系统的输入，从而减小 误差并使输出达到期望的目标值。
闭环控制系统的基本组成
总结词
闭环控制系统通常由控制器、受控对象、反馈通道和前馈通 道等部分组成。
详细描述
控制器是闭环控制系统的核心，负责接收输入信号并根据控 制算法计算输出信号；受控对象是实际需要控制的设备或系 统；反馈通道负责将受控对象的输出信号反馈回控制器；前 馈通道则用于补偿系统中的干扰和变化。
闭环控制系统的特点
总结词
闭环控制系统具有高精度、高稳定性和适应性强的特点。
详细描述
由于闭环控制系统采用了负反馈机制，能够实时监测系统输出并与期望值进行比较，因此具有高精度和高稳定性， 能够快速适应不同的输入和环境变化。此外，通过调整控制算法和参数，闭环控制系统还可以实现复杂的控制策 略和优化目标。
液压缸位置闭环控制系统设计与实现
液压缸位置闭环控制系统设计与实现液压系统在工业领域中广泛应用，其中液压机械中的液压缸是非常常见的元件。
液压缸的位移控制在很多应用场景中都至关重要，因此设计一个稳定可靠的液压缸位置闭环控制系统对提高生产效率具有重要意义。
一、液压缸位置控制系统的基本原理液压缸的位置控制系统是通过调节液压缸的进给量，实现对其位移的精确控制。
其基本原理是根据控制信号驱动阀门控制液压流量，从而实现液压缸的运动。
在系统中，传感器用于实时检测液压缸的位置，并将其反馈至控制器。
控制器根据设定值与反馈值之间的差异，计算出控制信号，驱动液压阀控制液压系统的工作压力，从而控制液压缸的位移。
二、液压缸位置闭环控制系统设计要点在设计液压缸位置闭环控制系统时，需要考虑以下几个关键要点：1. 选择合适的传感器：传感器是实现闭环控制的关键，可以选择位移传感器或压力传感器。
位移传感器可以准确测量液压缸的位移，而压力传感器可以控制系统的工作压力。
2. 设计稳定的控制算法：通过控制算法，根据设定值与反馈值的差异，计算出控制信号，驱动液压阀进行调节。
可以采用比例-积分-微分（PID）控制算法，通过调整参数来优化系统的控制性能。
3. 选择合适的阀门：液压阀门是控制液压系统流量的关键元件。
可以选择比例阀来控制液压系统的流量，实现对液压缸的精确控制。
4. 考虑系统的稳定性：在设计闭环控制系统时，需要考虑系统的稳定性。
可以通过增加反馈环节、优化控制算法、调整参数等方式来提高系统的稳定性。
三、液压缸位置闭环控制系统实现在实际实现液压缸位置闭环控制系统时，需要根据具体的应用场景进行设计与调试。
以下是一个简单的实现步骤：1. 设定目标位移：根据具体需求设定液压缸的目标位移值，作为设定值传递给控制器。
2. 选择传感器：根据液压缸的位移范围和精度要求，选择合适的位移传感器进行安装与连接。
3. 设计控制算法：根据实际工作情况，选择合适的控制算法，并根据实验数据调整控制算法的参数。
液位控制系统课程设计.
目录第1章系统总体方案选择 (5)第2章系统结构框图与工作原理 (7)2.1 系统机构框图 (7)2.2 工作原理 (8)第3章各单元软硬件 (9)3.1 模拟控制对象系统 (9)3.2 控制台 (9)3.3 上位机及控制软件系统 (9)3.4 模拟量输入模块ICP-7017 (10)3.5 模拟量输出模块ICP-7024 (11)3.6 电动调节阀 (11)3.7 液位传感器 (12)第4章软件设计与说明 (13)4.1 用户窗口 (13)4.2 实时数据库 (16)第5章系统调试 (17)5.1 设备连接 (17)5.2 系统调试 (17)5.3 调试结果 (18)5.3 注意事项 (19)第6章总结 (20)附录程序清单 (21)第1章系统总体方案选择随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。
对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方法是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统，有复杂控制系统，也有满足特定要求控制系统。
在工业生产过程中，液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用十分普遍，为保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡，因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出，要求设计一个液位控制系统。
对分析设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用管道流量控制系统进行设计。
管道流量控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
管道流量控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。
管道流量控制系统根据被控量的系统、液位管道流量控制系统等。
管道流量控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。
实验2：液位单闭环控制
实验2：液位单闭环控制
实验⼆：液位单闭环实验
实验⽬的：
(1) 通过实验掌握单回路控制系统的构成
(2) 构成单回路液位控制系统，并应⽤衰减曲线法整定PID参数
(3) 熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，⽤调节器仪表进⾏PID参数的⾃整定和⾃动控制的投运。
实验仪器：
⽔泵、变频器、压⼒变送器、调节器（708型）、主回路调节阀、上⽔箱、中⽔箱、液位变送器、调节器（818型）、⽜顿模块（输⼊、输出）
实验内容：
1）单容液位控制
调节器控制实验系统的流程图如下所⽰：
图1：上⽔箱单闭环实验（调节器控制）流程
图2：上⽔箱单闭环实验（调节器控制）系统框图
图3：液位单闭环实验（调节器）接线图
2）双容液位控制
图1：上中⽔箱单闭环实验（调节器控制）流程
图2：上中⽔箱单闭环实验（调节器控制）系统框图
图3：双容液位单闭环实验（调节器）接线图
实验步骤
1、将液位单闭环实验所⽤的设备，按系统框图接好实验线路。
2、接通总电源，各仪表电源。
3、整定参数值的计算，设过渡过程的衰减⽐为4：1，参数值可由下表确定：
4、按计算所得的PID参数，进⾏设置。
5、使⽔泵Ⅰ在恒压供⽔状态下⼯作。
观察计算机上液位曲线的变化。
6、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
7、再等系统稳定后，给系统加个⼲扰信号，观察液位变化曲线。
8、对实验的记录曲线分别进⾏分析和处理，处理结果记录于下表：
9
实验报告：
根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、τ平均值写出⼴义的传递函数。
闭环负反馈控制的基本特征
闭环负反馈控制的基本特征
闭环负反馈控制是一种广泛应用于各种工业和科技领域中的控
制系统。
它的基本特征是通过感知实际输出值并与期望输出值进行比较，然后根据比较结果调整系统输入，以使实际输出值和期望输出值尽可能接近。
这种控制方式通常包括以下几个方面的特征：
1. 反馈通道：闭环负反馈控制系统中，反馈通道是实现控制的关键部分。
它能够将实际输出值与期望输出值进行比较，并将其差异作为反馈信号反馈到系统输入端，从而实现动态调整。
2. 控制器：闭环负反馈控制系统通常需要一个控制器来执行自动控制功能。
控制器接收反馈信号，并根据预设的控制算法计算出控制量，将其输出到系统输入端。
3. 参考信号：闭环负反馈控制系统的目标是使实际输出值尽可能接近期望输出值，因此需要一个参考信号作为期望输出值。
参考信号可以是固定的或随时间变化的。
4. 系统模型：闭环负反馈控制系统的设计和调试通常需要对系统进行建模。
系统模型是对系统动态特性的描述，包括系统响应速度、稳态误差等。
根据系统模型，可以确定控制器的设计参数，以实现期望的控制效果。
5. 稳定性分析：闭环负反馈控制系统的稳定性是至关重要的。
在系统设计和调试过程中，需要对系统的稳定性进行分析和评估，以确保系统能够在各种工作条件下保持稳定的运行状态。
总之，闭环负反馈控制是一种实现自动控制的重要方式，其基本
特征包括反馈通道、控制器、参考信号、系统模型和稳定性分析等方面，它已经广泛应用于各种工业和科技领域中，为实现自动化、智能化、高效化等目标做出了重要贡献。
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本科生课程设计（论文）工业生产过程控制课程设计（论文）题目：液位闭环反馈控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化093学号： 0学生姓名：指导教师：（签字）起止时间： 12.6.25--12.7.6本科生课程设计（论文）1课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号090302091 学生姓名 专业班级 自动化093 设计题目 液位闭环反馈控制系统设计 课程设计（论文）任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能设计一个液位闭环反馈控制系统 。
在工业生产中经常要对储罐、反应器等密闭容器的液位进行控制，为了能够精确控制液位高度，保证正常生产，要求设计液位闭环反馈控制系统，能抑制流量波动，且系统无余差。
设计任务及要求1、确定控制方案并绘制工艺P&ID 图、系统框图；2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；4、若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数测量范围：20～100cm ；控制精度：±0.5cm ；控制液位：80cm ；最大偏差：1cm ；工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（2天，分散完成）2、确定系统的控制方案，绘制P&ID 图、系统框图。
（1天，实验室完成）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号。
（2天，分散完成）4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式。
（实验室1天）5、仿真分析或实验测试、答辩。
（3天，实验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成） 指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日摘要锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。
因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。
在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞。
无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。
汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位为被控变量，以调节给水流量为控制手段。
同时，由于汽包水位不仅受锅炉侧的影响，也受到汽轮机侧的影响，当锅炉负荷变化或汽轮机用汽量变化时，给水控制都应能限制汽包水位只在给定的范围内变化。
对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式,常用的汽包水位控制方式有单冲量、双冲量及三冲量控制。
本文将引入锅炉汽包水位双冲量控制。
关键词：汽包水位；三冲量；PID控制Boiler drum water level, is to ensure the safe production and delivery of high quality steam parameters of modern industrial production, especially. Because modern boiler is one of the characteristics of evaporation increased significantly, drum volume is small, the water level changes very fast, little attention it is easy to cause the drum with water or burning pot. In the modern boiler operation, even the water shortage, but also very dangerous, this is because the water level is too low, serious when can make individual pipes on the formation of free water surface, generating flow stagnation. Both full of water or water can cause accident, therefore, must strictly control the water level in the specified range.Boiler water level control, the main purpose is to steam drum water level as the controlled variables, to regulate the water flow to the control means. At the same time, because the steam drum water level is not only influenced by the boiler side effects, also by turbine side effect, when the boiler load change or turbine steam volume, water supply control should be able to limit the steam drum water level in a given range only. Commonly used drum water level control method includes single impulse, double impulse and three impulse control.This paper will introduce the drum water level of boiler Double Impulse control.Keywords: drum water level; three impulse; PID control目录第1章绪论 (4)第2章课程设计的方案及论证 (5)2.1提出方案 (5)2.2总体方案论述 (7)第3章系统设计及器件组成 (9)3.1 三冲量控制系统原理 (9)3.2硬件设计 (9)3.2.1 液位变送器的选择 (9)3.2.2 压力传感器与变送器选择 (11)3.2.3 执行器的选择 (11)3.2.4 控制器的选择 (11)3.2.5 控制器的作用方式 (12)3.2.6阀的开闭选择形式 (12)3.3 软件设计 (12)3.3.1 PID对控制的影响 (12)3.3.2 PID控制器的参数调整 (13)3.4给水调节对象的动态特性 (14)第4章系统仿真及设计 (14)第5章课程设计总结 (19)参考文献 (19)第1章绪论“控制”是一种很常见的概念，人们生活中也随处可见。
事实上，自然界中的万事万物都相互支配，相互制约，彼此之间都受到不同程度的控制。
在自动控制中，“控制”是为了克服各种扰动的操作，达到预期目标，对生产过程（或系统）中的某一个或一些物理量进行的操作。
如：生活中对空调、电视；工业上对电机、水箱等的控制。
所谓自动控制系统就是在无人直接参与情况下，通过外加的设备或装置（控制器），使机器、设备或过程（被控量）自动按照规定的要求进行。
与其他自动控制系统比较，工业生产过程有许多特点，过程控制系统由过程检测，变送和控制仪表，执行装置等组成。
过程控制是通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测，变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。
它也具有非线性、时变、时滞及不确定性等特点。
工业生产过程的控制方案有多样性。
由于工业过程多样性，为适应被控过程的特点，控制方案也具有多样性。
除去控制方案多样性，实施过程控制的手段也具有多样性，尤其在开放系统互操作性和互连性等问题得到解决后，实现过程控制目标的手段丰富。
工业生产过程控制的发展有两个明显的特点：一、同步性。
控制理论的开拓、技术工具手段的进展、工程应用的实现三者相互推动，相互促进，现实了一幅交错复杂，但又轮廓分明的画卷，三者间明显明晰的同步性；二、综合性。
自动化技术是一门综合性的技术，控制论更是一门广义的学科，在自动化的各个领域，移植借鉴，交流汇合，表现强烈的交流性。
典型的工业过程可分为三种：连续控制（continuous process）、离散过程（discrete process）和批量过程（batch process）。
然而，锅炉汽包水位控制系统设计采集的是实时的液位和流量值，所以属于连续控制。
锅炉是工业生产中重要的供暖设备，而汽包水位又是锅炉安全运行的重要参数。
同时，它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。
因此，锅炉汽包水位一直受到重视。
保持锅炉汽包水位在一定的范围内是锅炉稳定安全运行的主要指标。
水位过高造成饱和蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器关闭结垢，传热效率下降，过热温度下降，而汽包内水的全部汽化导致水冷壁的损坏，严重时会发生锅炉爆炸。
液位的控制技术是通过控制进水或出水阀门的开度，改变水流量来实现的，而水温的控制是通过调节加热的功率来实现的。
锅炉液位的控制是锅炉控制系统较为重要和比较难于控制的一项。
第2章 课程设计的方案及论证2.1提出方案方案一：单冲量水位控制系统额直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，输出开关给水调节阀门的信号，这种系统称为单冲量水位控制系统。
直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，输出开关给水调节阀门的信号，在蒸汽流量忽然增加时，给水流量小于蒸发量，水位应当下降。
但由于炉筒内的贮汽减少，内部压力忽降，从而使水面下的炉筒容积扩大，并加速汽化，由于水面下容积扩大，使水位迅速上升，产生“虚假水位”现象。
而控制器根据偏差信号改变给水流量与需求相反，必然会加剧水位的大幅度波动，所以在负荷变化频繁情况下，不能采用单冲量水位控制系统。
单冲量水位控制系统原理图如图2.1所示：图2.1 单冲量水位控制系统原理图方案二：双冲量水位控制系统将蒸汽负荷的作为前馈信号，与汽包水位组成前馈-反馈控制系统。
在水位上升与蒸汽流量增加时，控制阀门动作反向，因此可节省仪汽包LC 省煤器过热器表。
但由于水位控制器的测量信号是水位信号与蒸汽流量信号之差，因此采用前馈时，不能保证水位无余差。
双冲量水位控制系统考虑了蒸汽流量扰动对汽包水位存在影响，但对给水量扰动为加考虑，因此，适用与给水流量波动较小的场合。