液位控制系统的研究
基于组态软件的液位单回路控制系统研究
１ 液 位 控制 系统 硬 件设 计
出的字 符 。 报 警指 示 即液 面低 干 １ ０ ｃ ｍ时， 示区别。 窗 口右 下 方 增 加 显 示 为 “ 退 出” 标 指示灯为绿色， 当液 面超 出１ ０ ｃ ｉ ｎ 时， 用 途 签 。
是 红 色 图符 可 见 ， 即 ２ ． ３ 控 制程 序编 写 （ 图１ ） 这 是 一 个单 回路 反馈控 制 系统 ， 可 见 度变 化 实 现 闪烁 ， 依 据 控 制 要求 ， 控 制 策 略 可以 设 置 成 ６ 它 的 控 制 任 务 是 使 水 箱 液位 等于 给 定 值 所 指 示 灯 为 红 绿 交 替 。 在窗Ｖ １ 的 右上 方 ， 插 入 其 中两个 标 签 显 示字 符 “ 控 制 方 个 用户策 略 ， 其 中控 制 算 法 均为 脚本 程 序 策 要 求 的高 值 ； 并 设 法 减 小 或消 除 干 扰 ， 这 种 三 个标 签， 影 响 主要 来 自系统 内 部或 外部 （ 电 机运 行 参 式 ” 和“ 控 制 算 法”， 另 一 个 用来 显 示 控 制 略 。 手动 和 自动 ） ， 插入一 个 下拉 框 ， 用来 其 中在 工 程 运 行 时 ， 若执 行该 策略， 数、 仪 表指示误差 等等） 。 当一 个 单 回路 系 方式 （ 打 开 显 示 控 制 方 式 则 组 对 象 包 含 的数 据 被 保 存 在 Ｓ ａ ｖ ｅ Ｄａ ｔ ａ ． 统设 计安装就绪 之后， 控 制 质 量 的 好 坏 与 提 供 控 制 算 法 的 选择 。 允 许字 符 颜 色 、 显 示 输 出和 按 Ｄ Ａ Ｔ中。 控制器参 数的选择 有着很大的关系。 合 适 的标 签 属 性 ， 的控制参数， 可 以带 来满 意的 控 制 效 果 。 反 钮 输 入 连 接 。 设 置 默 认算 法 为Ｐ １ Ｄ算 法 （ 标 ２ ． ４ 设 备 组态 Ｉ Ｄ） ， 将 选 中 的算 法 名 称 作 为 字符 型数 进 入 设 备 窗 口， 进 行 设 备组 态 。 打 开 设 之， 控 制 器 参数 选择 得 不 合 适 ， 则会 导 致 控 准 Ｐ 制 质 量 变坏 ， 甚 至 会使 系 统 不能 正 常工作 。 据 对象 “ 控 制 算 法 ”的值 ， 下 拉 框 中包 括 的 备 工 具 箱 在 设 备窗 口管 理 选 择 通 用 设 备 中
液位控制系统研究与设计
液位控制系统的 设计
设计目标与要求
响应速度：提高系统对液位 变化的响应速度
稳定性：保证系统在长时间 运行中的稳定性
准确性：确保液位测量的准 确性
易操作性：设计易于操作和 维护的系统界面
安全性：确保系统在运行过 程中的安全性
成本控制：在满足设计要求的 前提下，尽量降低系统成本
设计方案选择与比较
液位设定值：设定液位控制的目标值
液位偏差：实际液位与设定值之间的差值
液位控制精度：液位控制系统的准确性和稳 定性
液位控制系统的 研究现状
国内外研究现状
国外研究现状： 液位控制系统在 欧美等发达国家 已经广泛应用， 技术成熟，产品 种类丰富，市场
占有率高。
国内研究现状： 液位控制系统在 国内起步较晚， 技术水平相对较 低，产品种类较 少，市场占有率
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控制算法：自适应、鲁棒性、实时 性
应用领域：工业、农业、环保、医 疗等
现有液位控制系统的优缺点
优点：能够实 时监测和控制 液位，提高生 产效率和准确
性
缺点：存在一 定的误差，可 能导致液位控
制不准确
优点：具有较 高的稳定性和 可靠性，能够 适应各种工作
环境
缺点：成本较 高，维护和维
较低。
研究热点：液位 控制系统的研究 热点主要集中在 传感器技术、控 制算法、系统集
成等方面。
发展趋势：随着 物联网、大数据、 人工智能等技术 的发展，液位控 制系统将向智能 化、网络化、集 成化方向发展。
研究热点和难点
传感器技术：高精度、高稳定性、 长寿命
系统集成：模块化、标准化、智能 化
添加标题
水箱液位控制系统的设计与研究
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
（． １ 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院 ，沈阳 １ ０ ６ １ １ ８；２ 中国科学 院 沈阳 自动化研 究所 ，沈阳 １ ０ １ ） ． １ ０ ６
摘
要 ：液位控 制技术广泛应 用于国 民生产 中。随着过程 控制技术的 日益 成熟 、生产线 的更新 、生产 设备成 本的降低等 。需要研究和开发 更为优化的 先进 控制策略 。文章基于Ｎ Ｓ ０ ０ Ｃ ４ ０ 网络化控 制 系统设计 了的多容 水箱实验 平台 ，通过 研究液 位控制 系统的数 学建模 及ＰＤ Ｉ控制 器参数整 定 ，使 该液位控制系 统达到控制要 求。该系统可 以通过直观有 效的实验过程 ，为工程技术人 员研 究和开发更为优 化的控制策 略提供有效的实验 平台。
务ｌ 訇 似
水箱液位控制 系统 的设计 与研究
Ｃｉ ｔ ｎ Ｉ ｖｅＩｃｏｎｔ ｏｌｓ ｓ ｅｒ ｅ ｒ ｙｓｔ ｅｍ ｄｅｓｉ ｇｎ ａｎｄ ｒ ｅｓｅａｒ ｃｈ
杨
旭’ 周 ，
悦 ‘ 广平 ，于
Ｙ ＡＮＧ Ｘｕ ， 。ＺＨＯＵ Ｙｕ 。 ｕ ｎ — ｉｇ 。 ｅ。ＹＵ Ｇ ａ ｇ ｐ ｎ
数 控 制 为 一 体 的 ，主 要 由水 箱 主 体 、电 气 控 制单 元 、执 行 器 、检 测元 件 、 阀 门 和水 泵 等 几 部 分组 成 ，如 图 １所示 。 １ ）水 箱 主体 ：水 箱 主体 包 括 盛 水 容器 、回 收 水 槽 及 连 接 各 个 水 箱 的 管 道 。盛 水 容 器 是 用 来 盛 装 液 体 的 ，密 封 性 好 ；回收 水 槽 用 来 收 集 水 箱 流 出来 的水 ，系统 启 动 后水 槽 里 的水 通 过 安 装 在 其
液位控制系统的研究与设计
液位控制系统的研究与设计目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言 (2)1 绪论 (2)1.1 课题背景与研究意义 (2)1.2 国内外研究现状与发展 (3)1.3 本课题主要研究内容 (4)2 水箱液位控制系统的模型分析 (4)2.1 水箱液位问题分析 (4)2.2 水箱液位控制系统的原理框图 (5)2.3 水箱液位控制系统的数学模型 (6)确定过程的输入变量和输出变量 (6)建立数学模型 (6)求液位控制系统微分方程式 (7)误差性能分析 (7)3 基于单片机的水箱液位控制系统设计 (8)3.1 核心芯片8051 (9)3.2 系统的硬件设计 (10)液位传感器的设计 (11)转换器的选择 (12)液位的调节及控制部分 (13)显示及报警部分 (13)电机控制模块软件设计 (14)3.3 系统的软件设计 (14)软件设计流程图 (14)系统软件编译开发环境 (15)显示与A/D转换的数据处理 (15)3.4 系统主程序 (17)3.5 基于单片机的水位控制系统的抗干扰措施 (17)硬件抗干扰电路的设计 (17)软件抗干扰的设计 (17)3.6 结论 (18)参考文献 (19)附录 (20)致谢 (23)液位控制系统的研究与设计自动化专业学生XXX指导教师XXX摘要：液位智能监控系统是现在生产生活中必不可少的部件，对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量，而且也关系着生产的安全。
在过去，大量的对水位监控操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控蓄水池的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监测器件损坏，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等。
所以，液位控制很重要。
本文介绍了液位控制系统的数学模型，主要设计了一种水箱液位控制器，它以8051作为控制器，通过8051单片机，压力传感器和模数转换器等硬件系统和软件设计方法实现具有液位检测报警和控制双重功能，同时也具有压力报警和显示控制的功能,并对液位和压力值进行显示。
关于液位控制系统调研报告
关于液位控制系统调研报告液位控制系统是一种应用广泛的自动控制系统，主要用于监测和控制液体媒介（如水、石油、化学品等）的液位，以及实现自动化的液位控制。
本次调研报告将重点介绍液位控制系统的工作原理、应用领域以及市场前景。
液位控制系统的工作原理主要包括液位传感器、控制器和执行器。
液位传感器用于测量液位的高度，常见的液位传感器有浮子型、压力型、电容型等。
控制器根据液位传感器的反馈信号，通过比较设定值和实际值，控制执行器来调节液位。
常见的执行器有电磁阀、泵等。
液位控制系统具有高精度、快速响应、稳定性好等特点，能够有效地控制液位，提高生产效率。
液位控制系统在许多领域得到广泛应用。
在工业生产中，液位控制系统常用于储罐、反应釜、管道等设备的液位控制，确保生产过程的安全性和稳定性。
在水处理领域，液位控制系统可用于水箱、池塘、河流等水源的液位监测和调节，实现水资源的合理利用。
在化工行业，液位控制系统常用于管道的液位控制和防溢流控制，避免液体泄漏和事故发生。
此外，液位控制系统还广泛应用于石油、航天、冶金、环保等领域。
液位控制系统具有广阔的市场前景。
随着工业自动化的不断发展，液位控制系统在工业生产中的应用将越来越广泛。
同时，随着环境保护意识的提高，液位控制系统在环保领域的需求也将不断增加。
此外，新兴领域如生物技术、医疗器械等，也对液位控制系统提出了更高的要求和需求。
因此，液位控制系统的市场前景相当广阔。
然而，液位控制系统仍存在一些问题需要解决。
首先，液位传感器的稳定性和精度需要进一步提高，以满足不同领域的需求。
其次，液位控制系统在工业生产环境中常受到噪声和干扰的影响，需要更好的抗干扰能力。
此外，液位控制系统的可靠性和安全性也是一个重要的考虑因素，特别是在一些对安全要求较高的领域。
因此，未来液位控制系统的研究和发展应重点解决这些问题。
总之，液位控制系统是一种应用广泛的自动控制系统，具有重要的工业应用和市场前景。
随着工业自动化和环境保护要求的不断增加，液位控制系统在各个领域的需求将不断增加。
液位控制系统原理
液位控制系统原理
液位控制系统主要是根据液体容器中的液位变化来实现自动控制。
其基本原理是通过传感器或测量设备对液位进行实时监测，并将监测到的数据传输给控制器进行处理。
控制器根据设定的液位目标值和系统的工作要求，对执行机构进行控制，从而实现液位的稳定控制。
具体而言，液位控制系统的原理包括以下几个关键步骤：
1. 传感器测量液位：液位控制系统中，通常使用传感器来测量液体容器中的液位。
常见的液位传感器有浮子式液位传感器、压力传感器、毛细管传感器等。
传感器会将液位信息转换为电信号，以便后续的控制。
2. 信号处理与转换：液位传感器输出的电信号可能需要进行处理和转换，以适应控制器的要求。
通常使用信号调理器或模拟转换器对信号进行放大、滤波或线性化处理，并将其转化成数字信号，以便后续的控制器处理。
3. 控制器处理信号：控制器接收传感器发送的信号，并进行处理。
其主要任务是将测量到的液位与预设的目标液位进行比较，并根据控制策略确定控制命令。
控制器通常具有PID控制算
法或其他控制算法，并可以根据实际情况进行参数调整。
4. 执行机构控制：控制器根据处理结果，生成相应的控制信号，控制执行机构以实现液位的调节。
执行机构根据控制信号的不同，可以是开关阀门、调节阀、泵或其他调节装置。
通过对执
行机构的控制，液位控制系统可以实现液位的自动调节。
总体来说，液位控制系统利用传感器监测液位并将信号转换为控制器可处理的形式，控制器根据设定的液位目标值进行处理，并通过控制信号控制执行机构，从而实现液位的稳定控制。
这种液位控制系统常应用于化工、制药、水处理、液体储存等领域。
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。
液位控制系统毕业论文
液位控制系统毕业论文液位控制系统毕业论文引言液位控制系统是工业自动化领域中常见的控制系统之一。
它的主要功能是根据液体的实时液位信息，通过控制阀门或泵等装置，实现对液体液位的精确控制。
液位控制系统在化工、石油、食品等行业中得到广泛应用，对提高生产效率、降低安全风险具有重要意义。
本篇论文将对液位控制系统的原理、设计与应用进行深入研究和分析。
一、液位控制系统的原理液位控制系统的原理基于液位传感器的测量技术。
常见的液位传感器包括浮球式、压力式和电容式等。
浮球式液位传感器通过浮子的浮沉来感知液位高低，压力式液位传感器则通过测量液体对传感器的压力变化来确定液位。
电容式液位传感器则是通过测量电容的变化来反映液位的变化。
液位控制系统的工作原理可以简单描述为：液位传感器感知液位的变化，并将信号传递给控制器；控制器根据设定的目标液位，通过控制阀门或泵等执行器来调整液位。
这一过程需要涉及到信号采集、信号处理、控制算法和执行器控制等多个环节。
二、液位控制系统的设计液位控制系统的设计需要考虑多个因素，包括控制精度、响应速度、稳定性和可靠性等。
其中，控制精度是指系统输出与设定值之间的偏差，响应速度则是指系统对液位变化的迅速程度。
稳定性是指系统在长时间运行中的抗干扰能力，而可靠性则是指系统在各种环境条件下的正常工作能力。
液位控制系统的设计需要根据具体的应用场景来确定。
在化工行业中，由于液体的性质多变，设计师需要考虑液体的温度、压力、粘度等因素对系统的影响。
在石油行业中，由于液位控制系统通常需要应对高温、高压等极端环境，设计师需要选择适合的材料和技术来保证系统的可靠性。
在食品行业中，设计师还需要考虑食品安全和卫生要求，确保系统不会对食品质量产生负面影响。
三、液位控制系统的应用液位控制系统在工业生产中有着广泛的应用。
在化工行业中，液位控制系统可以用于控制反应釜中液位的变化，确保反应过程的稳定性和安全性。
在石油行业中，液位控制系统可以用于储罐的液位控制，避免液位过高或过低带来的安全隐患。
液位控制系统实验报告
液位控制系统实验报告液位控制系统实验报告引言液位控制系统是工业生产过程中非常重要的一部分。
它能够确保液体在容器内的合适水平，以保持生产的稳定性和安全性。
本实验旨在研究液位控制系统的原理和性能，并通过实际操作来验证其有效性。
一、实验目的本实验的主要目的是探究液位控制系统的工作原理，了解液位传感器的原理和使用方法，并通过实验验证控制系统对液位的准确控制能力。
二、实验材料与方法1. 实验材料：- 液位传感器- 控制器- 液位计- 液体容器- 液体样品2. 实验方法：- 将液体样品倒入容器中，并确保液位计准确测量液位。
- 将液位传感器安装在容器内，确保其与液体接触并能准确测量液位。
- 将传感器与控制器连接，并设置控制器的参数。
- 启动控制器，观察液位控制系统的工作过程，并记录数据。
- 根据实验结果分析液位控制系统的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地搭建了液位控制系统，并进行了一系列实验。
通过观察和记录数据，我们得出了以下结论：1. 液位传感器的准确性：实验结果表明，液位传感器能够准确地测量液体的高度，并将其转化为电信号输出。
传感器的准确性对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
2. 控制器的响应速度：我们发现，控制器对液位变化的响应速度非常快。
一旦液位发生变化，控制器会立即调整输出信号，以保持液位在设定范围内。
这种快速的响应能力确保了液位的稳定性。
3. 控制系统的稳定性：在实验过程中，我们对液位进行了多次调节，并观察了系统的稳定性。
结果显示，控制系统能够在短时间内稳定液位，并且在设定范围内保持液位的波动较小。
这证明了液位控制系统的稳定性和可靠性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液位控制系统的工作原理和性能。
我们发现，液位传感器的准确性和控制器的响应速度对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
此外，我们还验证了液位控制系统的稳定性和可靠性。
然而，本实验仅仅是对液位控制系统的初步研究，还有许多方面可以进一步探索。
液位控制系统的建模与仿真研究
华中科技大学文华学院
学生毕业设计（论文）开题报告
学生姓名
胡华敏
学号
1
学部（系）
信息学部
专业年级
10自动化
设计（论文）题目
液位控制系统的设计与仿真研究
指导教师
吕汉兴
一、设计（论文）选题的依据（选题的目的和意义、该选题在国内外的研究现状及发展趋势，等）
1．课题的目的、意义
液位是工业生产过程控制中很重要的被控变量。工业生产中的润滑油、冷却水、调速油、油质加工、液态燃料供应、废油净化、溶液加工与传输等场合，常需对容器中液位进行有效可靠的控制，否则将不能使液体循环系统乃至整个机组正常运行。另外，在这些生产领域里，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
液位控制系统的设计与研究毕业设计(论文)
毕业设计(论文)题目名称液位控制系统的设计与研究系别电气信息工程系专业/班级学生学号指导教师（职称）摘要本文设计的基于单片机的液位监控系统是一种利用超声波技术、电子技术、电磁开关技术相结合来实现非接触式液位测量和控制系统，能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用，在工业监测和控制等方面得到了广泛应用。
近些年来，工业水平的不断发展对液位测量的精度、广度和抗干扰性提出了越来越高的要求，超声波测距技术本身也在不断的完善和发展，测距仪更趋向小型化和智能化，逐步实现了高精确度、高可靠性、安全性和多功能化。
本设计的主要任务是以单片机为主控制器，开发一个基于单片机的液位监控系统，可测量并显示液位，还可以通过单片机控制把液位限定在某一范围内，在单片机控制失效的情况下发出报警信号，提醒工作人员进行手动控制。
研究内容包括超声波测距的基本原理与方法、精度影响因素的分析与解决办法、单片机对阀门的控制方法、监控系统的整体方案设计、硬件设计、软件流程设计等。
设计完成之后提供一套可以使用的超声波测距仪，测量范围和测量精度满足一般工业应用需要。
设计完成之后应提供一套可以用于一般工业生产的液位监控系统。
通过毕业设计的整个过程，可以综合运用传感器、单片机、电子电路和程序设计方面的知识，锻炼和提高动手能力、参与科研工作的能力。
关键词：单片机；超声波；测距；液位监控AbstractThe monolithic machine-based liquid place supervisory control system the main body of a book is designed has been that one kind of the contact-type liquid making use of the ultrasonic technology , electron technology , electromagnetism switch technology to realize combining with coming each other place measures and controls system , has been able to be put into use under some specially appointed occasion or environment is comparatively very bad situation , has got extensive use in the field of industry monitoring and controlling and so on. Horizontal uninterrupted growth of industry has brought forward the more and more high request to accuracy , extent and anti-interference sex that the liquid place measures in recent year, self can't be in the ultrasonic distance measurement technology perfect ceaseless and developed, the range finder is incline to minaturized and intellectualized , step by step have realized high precision , high reliability , security and multifunctional-rization.This design's primary mission is by the monolithic integrated circuit primarily controller, develops one based on monolithic integrated circuit's fluid position supervisory system, measurable quantity and disclosing solution position, but may also through the monolithic integrated circuit control the fluid position define that in some scope, the situation which expires in the monolithic integrated circuit control after-crops the alarm, the reminder staff carries on the hand control. Research content including ultrasonic ranging's basic principle and method, precision influencing factor analysis and solution, monolithic integrated circuit to valve control method, supervisory system's overall plan design, hardware design, software flow design and so on. After the design completes, provides the ultrasonic wave distance gauge which a set may use, the measuring range and the measuring accuracy meet the general industrial application needs. After the design completes, should provide a set to be possible to use in the general industrial production the fluid position supervisory system. Through graduation project's entire process, may synthesize the utilization sensor, the monolithic integrated circuit, the electronic circuit and the programming aspect knowledge, the exercise and enhancement beginning ability, participation scientific effort ability.Keywords：Monolithic machine ；Ultrasonic ；Distance measurement ；The place monitors liquid目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论....................................................... - 1 -1.1课题的提出和意义........................................ - 1 -1.1.1 课题的提出........................................ - 1 -1.1.2 课题意义.......................................... - 1 -1.2 国内外液位监测技术的发展现状........................... - 1 -1.3 国内外超声波测距方面的研究现状......................... - 2 -1.4 本文的主要内容......................................... - 3 -2 超声波液位测量的理论基础..................................... - 4 -2.1 超声波的定义........................................... - 4 -2.2 超声波的物理特性....................................... - 4 -2.2.1 超声波的类型...................................... - 4 -2.2.2 超声波的传播...................................... - 4 -2.3 超声波液位测量原理..................................... - 4 -2.4 超声波测距原理......................................... - 5 -2.4.1 超声波回波检测法.................................. - 5 -2.4.2 发射脉冲波形...................................... - 5 -2.4.3 超声波渡越时间的计量方法分析...................... - 6 -2.5 超声波接收发射装置.................................. - 6 -3 超声波液位监控系统硬件设计................................... - 8 -3.1 系统总体方案设计....................................... - 8 -3.2 超声波测距系统的硬件设计............................... - 8 -3.2.1 超声波频率的选择.................................. - 8 -3.2.2 单双探头的选择.................................... - 9 -3.2.3 超声波发射电路.................................... - 9 -3.2.4 超声波的接收和处理单元........................... - 12 -3.2.5 温度补偿单元..................................... - 15 -3.2.6 显示电路设计..................................... - 18 -3.2.7 键盘电路设计..................................... - 19 -3.2.8 电磁阀控制电路设计............................... - 19 -3.2.9 报警电路设计..................................... - 20 -3.2.10 系统控制单元.................................... - 20 -3.3 电源电路的设计........................................ - 22 -3.3.1 直流稳压电源的组成............................... - 22 -3.3.2 直流稳压电源的分类............................... - 22 -3.3.3 系统供电电源的设计............................... - 23 -3.4 液位监控系统的软件设计................................ - 24 -3.4.1 系统软件总体想................................... - 24 -3.4.2 主程序流程设计................................... - 24 -3.4.3 测温子程序设计................................... - 25 -3.4.4 按键子程序设计................................... - 28 -3.4.5 显示子程序设计................................... - 28 -3.5 抗干扰设计............................................ - 30 -4 超声波测液位的误差分析...................................... - 32 -4.1 环境对测量的影响...................................... - 32 -4.1.1 温度对声速的影响................................. - 32 -4.1.2 湿度对超声波衰减程度的影响....................... - 33 -4.2 仪器电路对测量的影响.................................. - 33 -4.2.1 硬件电路引起的时间误差及修正..................... - 33 -4.2.2 触发时间引起的误差............................... - 34 - 参考文献...................................................... - 36 - 结束语........................................................ - 37 - 致谢......................................................... - 38 - 附图1 ........................................................ - 39 - 附图2 ........................................................ - 40 -1 绪论1.1课题的提出和意义1.1.1 课题的提出在日常生产和生活中常遇到液位的监测问题。
液位串级控制系统研究与设计本科论文 精品
液位串级控制系统研究与设计设计总说明在工业实际生产中，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。
本设计以过程控制实验室的TKJ-2型高级过程控制实验设备为平台，设计了基于IPC-PLC的分布式控制系统。
上位机采用MCGS组态软件，用STEP7软件进行编程，下位机采用西门子S7-200PLC。
首先确定了中下水箱液位串级控制系统和主管流量下水箱液位串级控制系统两种控制方案。
主要是看副控参数不同时其控制效果的变化，进行对比研究。
然后完成了系统硬件和软件设计，硬件主要是选型和原理图的绘制，软件是完成组态画面的绘制、动画连接和PLC 程序的编写。
接着对中水箱、下水箱、中下水箱、主管流量用阶跃响应曲线法进行了建模与辨识，根据响应曲线法中的PID整定公式进行了调节器参数的整定，完成了下水箱、中下水箱和主管流量单回路PID控制，最终本着先副后主的串级整定方法对中下水箱液位串级控制系统和主管流量下水箱液位串级控制系统的主调节器参数进行了整定，完成了算法对比研究。
通过系统调试得出了液位串级控制系统要比单回路控制效果好，表现在调节时间短，超调小，静差小等方面。
关键词：液位；PID整定；串级；响应曲线法Research and Design about Level Cascade Control SystemDesign DescriptionIn industrial production, the level of process control systems charged with the amount of particularly important in the petroleum, chemical, environmental protection, water treatment, metallurgy and other industries.Automation of industrial processes often need to measure and control the level of certain equipment and containers.This design process control laboratory TKJ-2 Advanced Process Control laboratory equipment as a platform to design a distributed control system based on IPC-PLC.Host computer uses MCGS configuration software,Programming with STEP7 software,The next machine with Siemens S7-200PLC.First determine the two control schemes of the flow of the lower tank level cascade control system and competent tank level cascade control system.Mainly to see the vice control parameters while the effect of changes, a comparative study.And then complete the system hardware and software design, hardware selection and schematic drawing, the software is complete the configuration screen drawing, animations connection and PLC program to write.n on the tank, under tank, under tank competent flow step response curve method for modeling and identification,Tuning the regulator parameters according to the response curve method of PID tuning formula, completed under the tank, the next tank and competent flow single-loop PID control,Ultimately the spirit of the first vice emperor Cascade tuning method of tuning cascade control system of tank level and in charge of traffic of the main regulator of the tank level cascade control system parameters, and complete algorithm for comparative study.Level cascade control system than the single-loop control results obtained through the system debugging, performance in the short adjustment time, small overshoot and static error, and other aspects.Key Words:Process control；PID tuning；cascade；the response curve method目录1绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外研究现状 (2)1.2.2国内研究现状 (3)1.3软件简介 (4)1.3.1 MCGS软件 (4)1.3.2 MATLAB软件 (5)1.4论文主要研究内容 (6)2系统控制方案设计 (8)2.1串级控制系统 (8)2.1.1串级系统的组成结构 (8)2.1.2串级系统设计 (8)2.2 PID控制原理 (10)2.3 PID整定 (11)2.3.1单回路PID整定方法 (11)2.3.2串级系统PID整定方法 (13)2.4方案设计 (14)2.4.1中下水箱液位串级 (14)2.4.2主管流量下水箱液位串级 (14)3系统硬件设计 (16)3.1系统硬件选型 (16)3.2系统硬件原理图 (17)4系统软件设计 (18)4.1上位机组态设计 (18)4.1.1建立数据对象及通道 (18)4.1.2组态画面设计 (19)4.2 PLC程序设计 (24)4.2.1 PLC的I/O口分配 (24)4.2.2中间变量 (24)4.2.3程序流程图 (25)5被控对象建模与辨识 (27)5.1阶跃响应曲线法建立模型 (27)5.2被控对象参数辨识 (27)5.2.1中水箱参数辨识 (27)5.2.2下水箱参数辨识 (29)5.2.3中下水箱参数辨识 (31)5.2.4主管流量参数辨识 (32)6系统调试 (34)6.1下水箱单回路 (34)6.2中下水箱单回路 (34)6.3中下水箱液位串级 (35)6.3.1中水箱单回路 (35)6.3.2中下水箱液位串级 (36)6.4下水箱液位主管流量串级 (38)6.4.1主管流量单回路 (38)6.4.2下水箱液位主管流量串级 (38)7总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)1绪论1.1研究背景随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。
浅议水箱液位控制系统研究
浅议水箱液位控制系统研究摘要:水箱液位控制系统是整机设计的重要部分,一般应用在蓄水库、发电站、污水净化站等需要监控液位的地方,目前并没有相关文献规范液位控制系统的设计方法,只是依靠以往的经验理论进行设计工作,本论文简单介绍下液位控制系统的相关设计。
关键词:水箱液位控制系统非线性1 明确水箱液位控制系统的设计要求及相关工况分析1.1 明确液位控制系统的设计要求根据液位控制系统的综合性能指标,确定出执行部件的运动形式、动作路线运动速度及加速度、所受应力分布形式、工作时间和运行周期等,同时也要确定出执行部件的工作环境情况,比如是否经常性的处于何种温度、湿度等条件下工作。
1.2 对液位控制系统进行相关工况的分析此处所进行的相关工况分析是对液位控制系统相关执行部件将会处于的工况的分析,通过一系列相关分析,确定出各部件工作时的运动形式、运动路线、速度及加速度等,并可将这一系列分析结果应用非线性曲线或列表的形式表现出来,依据这些综合数据来确定执行部件的一些细节量。
(1)运动形式对运动形式的分析是为了确定执行部件在完成规定数量个周期的工作后,确定出v曲线(速度曲线)。
在液位控制系统中的执行元件包括潜水泵以及一些阀体,潜水泵的实际工作转速就依靠转速表进行实时监测,因为实际转速可能会比理论转速或高或低,阀体的往复开关动作的速度决定了液体能否快速的被截止,否则通过泵体进入箱体的液体过多会使液面及压力超出预定值。
(2)负荷分析同上述方法一样,在执行部件完成规定数量个周期循环后,确定出F曲线(即负荷曲线),执行部件所受负荷还可继续细分为摩擦负荷、运动负荷、惯性力负荷和密封负荷。
摩擦负荷来自潜水泵的转子与轴承座间、叶轮与液体间、阀体与阀体腔间的摩擦;运动负荷包括来自叶轮搅动液体运动,液体将阀体顶离阀座的负荷;惯性负荷主要由于液体撞击阀体所造成;密封负荷是来自阀体间的密封缝隙,受弹簧的压力作用液体才不会突破密封阀。
1.3 参数的选定根据所分析出的运动形式、所受负荷以及其他非特性曲线的特征点可确定出执行部件的尺寸大小,质量大小等参数。
基于LabVIEW的双容水箱液位控制系统研究
科学技术创新基于LabV I E W 的双容水箱液位控制系统研究孙明革张嘉诚(吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022)目前,高校中关于液位过程控制所用到的装置,多数是成套采购的教学实验水箱设备,为实验人员提供了比较成熟的实验环境和平台,在这种情况下,学生只能通过固定模式的实验掌握控制方法[1],但是并不能深入了解实验设备控制程序的编写思想。
为让实验人员能够清晰完整的了解水箱液位控制全过程,我自主开发了一套双容水箱系统,用于本课题的研究以及他人的学习。
开发过程包括结构设计、硬件选型、电路设计、实物组装调试、软件仿真、程序设计、过程控制、干扰实验、远程监控实验,并且有继续改造升级的空间。
本文着重介绍LabV I EW 的编程过程、PI D 参数整定以及对模型输出数据的分析。
1双容水箱液位控制系统简述整体系统构成图如图1所示。
三个检测机构和两个执行机构由N I U SB-6009数据采集卡负责收集与发送信号,送入LabV I EW 中通过程序进行处理,部分处理数据送到M A TLA B 中做仿真处理。
双容水箱采用上下式结构,设计供水方式由无刷直流水泵将水从储水箱中抽出,经由电磁流量计测流量,通过电动调节阀调节开度,改变给水量大小,将水送至上水箱,由下端出水管流至下水箱,再流回储水箱。
上水箱与下水箱之间仅有一根出水管连接,无其他干扰阻碍液体流速,表现为二阶特性。
因依靠势能使水自然下落至下水箱,避免外界干扰因素,上水箱液位高度越高,压力越大,液体流经管道的流量越大,因此两个水箱采用串联上下式结构目的是排除干扰,依靠重力和压力使系统响应迅速。
图1整体系统构成图2仿真实验将开环实验得出的数据捆绑后送入M A TLA B 中,通过遗传算法辨识系统,辨识的参数包含增益K 、时间常数T 1、T 2。
根据操作过程,系统输入幅值为80,迭代次数为20次。
通过遗传算法运算后,求得双容水箱液位系统参数分别为:K =2.471、T 1=279.2553、T 2=275.5242。
液位控制实验报告
液位控制实验报告液位控制实验报告引言：液位控制是工业自动化中的一个重要环节，它在各个领域都有广泛的应用。
液位控制实验旨在通过模拟真实情况，研究不同参数对液位控制系统的影响，提高系统的稳定性和精确度。
本实验通过设计液位控制系统，对液位传感器、控制器和执行器等关键组件进行测试和分析，以期得出一套最佳的液位控制方案。
实验目的：本实验的目的是探究液位控制系统的工作原理和关键参数，研究不同控制策略对系统稳定性和精确度的影响，为实际工程应用提供理论依据。
实验装置和方法：实验装置主要包括液位传感器、控制器和执行器。
液位传感器用于测量液体的高度，控制器则根据传感器的反馈信号进行计算和控制，最终通过执行器调节液位。
在实验中，我们将调整不同参数，如控制器的增益和积分时间常数，以及执行器的响应速度等，观察系统的响应和稳定性。
实验结果与分析：在实验中，我们首先调整了控制器的增益。
通过增加增益，我们发现系统的响应速度加快，但也容易出现过冲现象。
当增益过大时，系统会产生振荡，无法达到稳定状态。
因此，合理选择增益是确保系统稳定性的重要因素。
其次，我们调整了控制器的积分时间常数。
增加积分时间常数可以减小系统的稳态误差，提高控制精度。
然而，当积分时间常数过大时，系统的响应速度会变慢，甚至产生不稳定的现象。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况权衡控制精度和响应速度，选择适当的积分时间常数。
最后，我们测试了执行器的响应速度。
实验结果表明，执行器的响应速度对系统的稳定性和精确度有着重要影响。
当执行器的响应速度过慢时，系统的响应会滞后，导致液位控制不准确。
因此，在实际应用中，我们需要选择具备较快响应速度的执行器，以确保系统的稳定性和精确度。
结论：通过本次液位控制实验，我们深入研究了液位控制系统的工作原理和关键参数。
实验结果表明，合理选择控制器的增益和积分时间常数，以及执行器的响应速度，是确保系统稳定性和精确度的关键因素。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行参数调整，以达到最佳的液位控制效果。
基于双容水箱液位控制案例的过程控制系统教学研究
基于双容水箱液位控制案例的过程控制系统教学研究随着工业自动化的快速发展，过程控制技术在工业生产中的应用越来越广泛。
而过程控制系统教学研究则是培养与应用这些技术相匹配的专业人才的关键。
本文将以双容水箱液位控制案例为例，探讨基于该案例的过程控制系统教学研究。
首先，我们需要了解双容水箱液位控制系统的基本原理。
双容水箱液位控制系统是一种典型的连续过程控制系统，其主要目标是通过控制进水和排水阀门的开关，使得水箱的液位稳定在设定值附近。
在该系统中，液位传感器用于测量水箱液位，PLC（可编程逻辑控制器）用于控制进水和排水阀门的开闭状态，PID（比例-积分-微分）控制器则用于实现液位的闭环控制。
接下来，我们可以通过搭建实际的双容水箱液位控制系统实验平台，进行教学研究。
首先，我们需要准备相关设备，包括水箱、液位传感器、进水和排水阀门、PLC和PID控制器等。
然后，我们可以建立相应的系统模型，并通过实验进行系统参数的辨识，例如进水和排水的流量与阀门开闭状态之间的关系等。
接着，我们可以设计并实施闭环控制算法，如PID 控制算法，通过调整进水和排水阀门的开闭状态实现液位的闭环控制。
最后，我们可以通过实验验证系统的控制效果，并对教学实验进行分析和总结。
在过程控制系统教学研究中，我们可以从以下几个方面进行深入研究和探讨。
首先，我们可以借助MATLAB等工具对系统进行建模和仿真，通过调整模型参数来研究系统的动态特性和稳定性。
其次，我们可以比较不同控制算法在液位控制中的应用效果，如比例控制、积分控制和微分控制等，进一步优化闭环控制算法。
同时，我们可以探讨系统的鲁棒性和鲁棒控制算法在过程控制中的应用。
此外，我们还可以考虑将现代控制技术如模糊控制、自适应控制等引入到双容水箱液位控制系统中，观察其对系统控制性能的影响，并探索更高级的控制策略。
除了实验研究之外，过程控制系统教学研究还可以结合仿真软件进行虚拟实验，并利用计算机教学辅助系统进行交互式教学。
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的 (4)1.3 研究意义 (4)1.4 国内外研究现状 (5)1.5 论文结构 (6)2. PLC控制系统基础 (7)3. 液位控制系统需求分析 (9)3.1 系统概述 (10)3.2 系统功能需求 (11)3.3 系统性能指标 (12)3.4 系统设计约束 (14)4. 液位控制系统硬件设计 (15)4.1 硬件组成及连接方式 (17)4.2 传感器选型及安装方式 (18)4.3 执行器选型及安装方式 (20)4.4 PLC选型及安装方式 (22)4.5 电气接线及调试 (24)5. 液位控制系统软件设计 (24)5.1 软件架构设计 (26)5.2 控制算法设计 (28)5.3 PLC程序编写 (29)5.4 仿真与调试 (31)6. 系统集成与测试 (33)6.1 系统集成方案设计 (34)6.2 系统测试与验证 (36)6.3 结果分析与讨论 (37)7. 结论与展望 (38)7.1 研究成果总结 (39)7.2 进一步研究方向建议 (40)1. 内容概述本毕业设计论文旨在深入研究和探讨基于可编程逻辑控制器（PLC）的液位控制系统设计与实现。
通过系统化的设计流程，结合理论分析与实际应用，全面阐述PLC在液位控制中的关键作用及其优化策略。
随着工业自动化技术的不断发展，液位控制作为工业生产过程中的重要环节，其精确性和稳定性对于保障产品质量和生产效率具有至关重要的作用。
PLC作为一种高效、可靠的工业控制设备，在液位控制领域得到了广泛应用。
本研究将围绕基于PLC的液位控制系统展开深入研究。
PLC具有强大的数据处理能力，能够实时监控液位变化，并根据预设的控制算法输出相应的控制信号。
PLC的可靠性高、抗干扰能力强，能够在恶劣的工业环境下稳定运行。
PLC还具有易于扩展和维护的特点，便于用户根据实际需求进行系统升级和改造。
液位自动控制系统的研究设计
液位自动控制系统的研究摘要水位控制系统设计是模拟工业生产过程中对水位、流量参数进行测量、控制、观察其变化特性，研究过程控制规律的课题，它主要研究过程控制中动态过程的一般特点——大惯性、大时延、非线性，难以对其进行精确控制，从而使其成为控制理论与控制工程、过程控制教学、试验和研究的理想对象。
本课题首先对水位控制系统做了整体的分析并简单介绍了水位控制系统的控制平台；然后详细介绍了PLC可编程控制器并详细分析了基于PLC的PID控制和串级PID控制，对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述,设计了双容水箱串级水位控制系统,并根据4：1衰减曲线法对PID参数进行整定；最后根据理论分析进行水位控制系统实验，实验结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性。
关键词：水位自动控制系统，PLC技术，PID控制，串级控制The Research of The Water Level Automatic Control SystemAbstractThe water level control system design is a topic, which allows study of the principles of process control as the process variables, for example the level and flux, to be measured, controlled and observed for its variability during the simulation process of modem industrial manufacture. It has the common characteristic of dynamic process in process control such as great inertia, larger delay, nonlinear and difficult to be controlled precisely, so that it becomes a perfect object in the field of control theory and control engineering, process control teaching, testing and study.This topic first has made the whole analysis to the water level control system and simply introduces the water level system control platform, then introduces the PLC programmable controller in detail and amply analyses the PID control and the cascade PID control which based on PLC.It introduces the cascade control system characteristic and the host vice-return route design in detail. The two-tank water level cascade control system has been designed. Then it carries on the PID parameter by 4:1 decay curve law; finally the water control system experiment has been done by the theoretical analysis.The experimental result indicates the system has the fine control precision and the stability.Key words: water level control system, PLC, PID control, cascade control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2水位控制当前的研究动态 (1)1.3PID调节器概述 (2)1.3.1PID控制特点 (2)1.3.2PID 控制中尚需解决的问题 (3)1.4本文的主要工作 (4)2 水位控制系统的整体分析 (5)2.1水位控制系统的整体设计 (5)2.2控制平台介绍 (5)2.2.1电源控制屏 (5)2.2.2交流变频调速器 (6)2.3被控对象介绍 (6)3 可编程序控制器PLC 概述 (8)3.1PLC的基本结构 (8)3.1.1 CPU 模块 (8)3.1.2 I/O 模块 (9)3.1.3 编程装置 (9)3.1.4电源 (10)3.2西门子S7-200PLC简介 (10)3.2.1 西门子 S7-200 PLC 的功能概述 (10)3.2.2 西门子 S7-200 PLC 的特点 (11)3.2.3 西门子 S7-200 PLC 的硬件结构 (11)3.2.4 西门子 S7-200 PLC 的工作原理 (12)3.3西门子S7-200PLC的编程语言 (14)3.4S TEP 7-M ICRO/WIN编程软件简介 (15)3.5西门子S7-200PLC的程序结构 (15)4 PID控制器的设计 (16)4.1PID算法概述 (16)4.2 串级控制系统 (18)4.2.1 串级控制系统的特点 (18)4.2.2 串级控制系统的设计 (19)4.3基于PLC的串级控制 (19)4.3.1控制系统框架 (19)4.3.2串级系统的参数整定 (21)5 控制结果 (22)5.1控制软件简介 (22)5.1.1控制界面 (22)5.1.2 控制软件的主要功能 (22)5.2实验结果及分析 (23)结束语 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录A（英文文献） (30)附录B（中文译文） (36)1 绪论1.1引言随着现代工业的进步，水位控制技术迅速发展，但与国外相比仍有很大的差距，当国内还在对水利采取笨拙的排水、泄水方式时，国外便开始通过先进的测控设备，对水利资源进行合理的疏导。
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文随着工业自动化水平的不断提高，液位控制系统在工业领域中得到了
广泛的应用。
液位控制系统是通过感知到液体的高度来实现对液位的控制，常用于储罐、水塔等场所，以确保液位在安全范围内。
本篇毕业设计论文将基于PLC（可编程逻辑控制器）设计一个液位控
制系统。
PLC是一种专门用于工和生产过程中的自动化控制的计算机控制
系统。
本设计将通过PLC来实现对液位的检测和控制，并结合开关、传感
器和执行器等设备实现自动液位控制。
在设计过程中，首先需要对液位控制系统的硬件架构进行规划。
本设
计将使用PLC作为控制核心，并结合液位传感器、执行器和HMI（人机界面）等设备来完成整个系统。
同时，需要对传感器和执行器的选型进行讨论，并确定合适的设备参数。
其次，将进行软件编程工作。
通过PLC的编程软件，将液位传感器与PLC进行连接，并设置液位控制的逻辑程序。
根据液位高度的变化，PLC
将实时采集并处理液位信号，然后通过输出信号控制执行器，实现液位的
自动控制。
同时，将设计一个简单直观的人机界面，能够实时显示液位的
变化情况，方便操作和监控。
最后，需要进行液位控制系统的测试和验证。
通过模拟液位的变化情况，测试液位控制系统的响应速度和准确性。
根据测试结果，进行相应的
调整和改进，使其达到设计要求。
综上所述，本设计将通过PLC实现液位控制系统的设计和开发，并通
过对硬件和软件的完善，使其具备良好的稳定性、响应速度和准确性。
该
设计具有一定的实用价值，可在工业领域中得到广泛的应用。
液位控制系统的研究概述
本科毕业论文液位控制系统的研究Study of Liquid Level Control System学院名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：2014年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (II)第一章单容水箱液位控制系统概述 (2)1.1 水箱液位控制系统构成及工作原理 (2)1.2 单容水箱建模 (2)1.2.1 解析法确定过程模型的结构形式 (3)1.2.2 实验来确定模型中各参数 (4)第二章控制系统的设计 (6)2.1 被控参数和控制参数的选择 (6)2.2 控制策略的选择 (6)2.2.1 串级控制系统 (6)2.2.2 单回路控制系统 (7)第三章控制策略 (8)3.1 PID控制 (8)3.2 高级控制策略 (9)3.2.1 自适应控制 (9)3.2.2 模糊控制 (10)3.2.3 神经网络控制 (10)3.2.4 鲁棒控制 (11)3.2.5 预测控制 (11)3.2.6 专家控制 (12)3.3 控制策略的选择 (12)第四章 PID控制器设计及参数整定 (13)4.1 原系统特性分析 (13)4.2 PID控制规律的选择 (13)4.3 PID调节器参数的整定方法 (14)4.4 控制器参数整定 (16)4.4.1 纯比例（P）作用时控制器参数整定 (16)4.4.2 PI作用时控制器参数整定 (18)4.4.3 PD作用时控制器参数整定 (20)4.4.4 PID作用时控制器参数整定 (22)4.5 系统仿真 (26)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)液位控制系统的研究摘要：液位控制在工业生产中是重要的控制应用，液位控制的对象一般都具有纯延时以及大惯性的特点，系统呈现非线性，而且在实际的工业生产中有很多外界扰动的影响，其控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本，甚至会影响到工业生产的顺利进行。
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本科毕业论文液位控制系统的研究Study of Liquid Level Control System学院名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：2014年5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (II)第一章单容水箱液位控制系统概述 (2)1.1 水箱液位控制系统构成及工作原理 (2)1.2 单容水箱建模 (2)1.2.1 解析法确定过程模型的结构形式 (3)1.2.2 实验来确定模型中各参数 (4)第二章控制系统的设计 (6)2.1 被控参数和控制参数的选择 (6)2.2 控制策略的选择 (6)2.2.1 串级控制系统 (6)2.2.2 单回路控制系统 (7)第三章控制策略 (8)3.1 PID控制 (8)3.2 高级控制策略 (9)3.2.1 自适应控制 (9)3.2.2 模糊控制 (10)3.2.3 神经网络控制 (10)3.2.4 鲁棒控制 (11)3.2.5 预测控制 (11)3.2.6 专家控制 (12)3.3 控制策略的选择 (12)第四章 PID控制器设计及参数整定 (13)4.1 原系统特性分析 (13)4.2 PID控制规律的选择 (13)4.3 PID调节器参数的整定方法 (14)4.4 控制器参数整定 (16)4.4.1 纯比例（P）作用时控制器参数整定 (16)4.4.2 PI作用时控制器参数整定 (18)4.4.3 PD作用时控制器参数整定 (20)4.4.4 PID作用时控制器参数整定 (22)4.5 系统仿真 (26)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)液位控制系统的研究摘要：液位控制在工业生产中是重要的控制应用，液位控制的对象一般都具有纯延时以及大惯性的特点，系统呈现非线性，而且在实际的工业生产中有很多外界扰动的影响，其控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本，甚至会影响到工业生产的顺利进行。
因此，本文对液位控制系统进行了分析，包括控制系统的控制策略。
采用了单回路PID控制的方案对单容水箱液位控制系统进行控制。
通过对单容水箱系统内在机理的分析，确定了单容水箱数学模型的结构形式；利用实验测出系统在开环运行情况下的阶跃响应曲线，并通过对曲线进行分析计算，确定数学模型中各个参数的值，从而建立了控制对象的数学模型；根据单容水箱液位控制系统的特点设计合适的控制策略以及PID控制器，详细介绍了控制规则以及PID控制器参数的整定方法。
通过整定PID参数，建立了合适的PID控制器，满足了系统对控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
最后建立系统的仿真模型，在MATLAB软件的Simulink环境下得到仿真曲线，并且根据仿真曲线分析了控制系统的性能。
关键词：水箱建模；液位控制；PID校正；MATLAB仿真Study of liquid level control systemAbstract: Level control is a important application of control in industrial production. The object of level control generally have some features like a pure delay,large inertia and nonlinear. There are many external disturbances influence in the actual industrial production. The process and accuracy of control will affect the quality and the cost of the production, it can even affect industrial production run smoothly. So, in this paper, the liquid level control system are analyzed, including the control strategy. By analysis the internal mechanism of single-tank water level control system, I get the form of its mathematical model. measured step response curves by experiment under the condition of open loop, the value of eath parameter of mathematical model were all determined though the analysis and calculation of the curve, and the mathematical model of the control object was determined.According to the characteristics of a single-tank water level control system design the control strategy and PID controllers. Introduced the control rules and the setting method of PID controller parameters. Through adjusting PID parameters establish a good controller which meet the requirements of control quality. Finally, create a system simulation model, simulation curves obtained in the MATLAB Simulink software environment, and analysis the performance of the control system according to the simulation curve .Key words: liquid Level Control; Modeling the tank; PID correction; MATLAB simulation引言液位是工业生产中最常见的控制参数之一，在实际生产中，液位控制得好坏直接影响产品的质量甚至成为产品制造成败的关键，所以液位控制具有广泛的实际应用价值和应用前景。
本文通过对水箱液位控制系统的研究，为工业过程控制的理论发展和实际应用提供重要的指导。
随着现代工业的大型化、复杂化发展，为了保证系统的稳定性、生产的安全性以及控制的精确性，形成了许多有效的控制策略，一般分为两类：传统控制策略和高级控制策略。
本文对这些策略进行了介绍，并综合考虑各个方面的因素，选用了经典PID控制。
PID控制至今已有近70年的历史，因为它结构简单、稳定性好以及工作可靠成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或者得不到精确的数学模型，控制理论的其他技术难以采用时系统的控制器结构和参数必须依靠经验和现场工作情况来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
虽然PID控制在控制系统中很常用，但是，要想取得良好的控制效果，必需合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。
本文对液位控制系统进行了分析水箱的液位高度为被控制量，以单容水箱为研究对象，选择了进水阀门作为控制系统的执行机构，建立控制对象的数学模型及控制系统的模型，并对系统进行校正，通过确定合适的控制参数，来满足系统对控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求，并通过MATLAB仿真来看控制效果。
第一章 单容水箱液位控制系统概述1.1 水箱液位控制系统构成及工作原理本课题研究的是单容水箱液位控制系统，本控制系统由控制器、电动调节阀、水箱和压力变送器组成，电动调节阀用于控制水箱进水口的流量；压力变送器用于检测水箱液位；控制器的输出用于控制电动调节阀的开度，单容液位过程如图1.1所示。
图1.1 单容液位过程 由图1.1可知单容水箱的特性：水箱的出水量与水箱液位有关，当水箱液位升高时，出水流量会增加，所以在给水箱贮水时，若出水阀门2的开度为适当值，在不溢出的前提下，当水箱的进水量维持恒定时，液位的上升速度将缓慢，并最终稳定，达到平衡状态。
对于大多数被控过程，其阶跃响应的特点是被控量的变化是单调无振荡、有延时和惯性的。
单容过程阶跃响应曲线如图1.2所示。
图1.2单容水箱阶跃响应曲线 1.2 单容水箱建模建立过程数学模型的方法主要有：解析法：解析法又称为机理演绎法。
它根据过程的内在机理，运用已知的静态和动态物料（能量）平衡关系，用数学推理的方法建立过程的数学模型。
实验辨识法：实验辨识法又称系统辨识与参数估计法。
该法是根据过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计建立过程的数学模型。
混合法：即用以上两种方法的结合建立过程的数学模型。
首先通过机理分析确定过程模型的结构形式，然后利用实验测试数据来确定模型中各参数的大小。
本课题采用的是这种建模方法。
1.2.1 解析法确定过程模型的结构形式图1.1是单容液位过程，液位高度h 为被控量，设水箱的进水量为1Q ，出水量为2Q ，水箱的液面高度为h ，出水阀2V 固定于某一开度值。
若1Q 作为被控对象的输入变量，h 为其输出变量，则该被控对象的数学模型就是h 与1Q 之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有dtdh AQ Q =-21 （1-1） 将式（1-1）表示为增量形式 dth d A Q Q ∆=∆-∆21 （1-2） 式中，1Q ∆、2Q ∆、h ∆——分别为偏离某一平衡状态10Q 、20Q 、0h 的增量；A —水箱底面积。