双容水箱液位控制系统设计与实现33页PPT
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。
双容水箱液位控制
目录1 课程设计任务书 (2)2 总体设计方案 (4)3 PLC的设计 (6)3.1 外部接线 (6)3.2 程序编写 (6)4 组态王 (9)4.1 新建工程 (9)4.2 创建组态画面 (10)4.3 定义IO设备 (10)4.4 构造数据库 (11)4.5 动画连接 (12)4.6 实时趋势曲线 (14)4.7 历史趋势曲线 (15)4.8 报警窗口 (17)6 调试运行及其结果 (19)6.1 调试步骤 (19)6.2 调试结果 (19)收获体会 (21)参考文献 (22)1课程设计任务书《控制系统分析与综合》任务书题目：液位控制系统设计一、工程训练任务本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼，使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。
本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对水箱液位进行控制。
二、工程训练目的通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研究打下坚实的基础。
三、工程训练内容1) 确定PLC的I/O分配表；2) 根据PID控制算法理论，运用PLC程序实现PID控制算法；3) 编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；4) 在组态王中定义输入输出设备；5) 在组态王中定义变量；6)设计上位机监控画面；7)进行系统调试。
四、工程训练报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、任务书3、正文4、收获、体会5、参考文献五、工程训练进度安排周次工作日工作内容第一周1 布置课程设计任务，查找相关资料完成总体设计方案23 完成PLC程序设计完成监控画面设计45第二周1 调试23 准备训练报告4 完成训练报告并于下午两点之前上交5 答辩六、工程训练考核办法本工程训练满分为100分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
双容水箱液位控制系统设计与实现34页PPT
采用控制变量法，在测定某一列两个元素过程中，相应水箱入水流 量阶跃变化而另一个水箱的入水流量保持不变，从而得到液位变化曲 线
W 11 ( s )与W21 (s)的辨识
利用控制变量法，首先辨识矩阵中第一列的两个元素，即：在保证 水泵输入电压PWM占空比不变情况下，改变电磁阀开度得到液位变 化曲线.
‒MATLAB/Simulink
利用MATLAB/Simulink编写控制程序，能够实现从基础到复杂的控制
2.被控对象与控制器设计模型 2.1 控制系统与被控对象组成
2.2 被控对象模型
被控对象组成
被控对象模型是从水泵PWM占空比和电磁阀开度到双容水箱液 位的过程，包括三部分：
1. 水泵PWM占空比 u 2 到总流量 Q in 2.电磁阀开度 u 1 到一号水箱入水流量 Q in 1 3.各流量到双容水箱液位 y 1 和 y 2
软件平台
‒EasyControl 控制软件平台
特点： 1. 用于开放式结构的快速控制原型开发、 硬件样机在线测试，有效地缩短开发周 期，保证系统柔性； 2. 由于可以采用实时在线测试，应用于 难以建立精确数学模型的系统，可以降 低建模和控制器设计的难度； 3. 与MATLAB系统的无缝集成，便于 开发者使用MATLAB中的各种先进算法； 4. 该软件通过与TCP/IP网络的集成性， 可应用于网络控制，远程设置控制方案， 便于调试和升级。
Qin1
2号流量计
u1
比例阀门
Qin2
2号进水阀
A1
1号水箱
H1
1号泄水阀
Qout1
Q0
双容水箱水位控制系统设计(1103010437孟源)
目录1 概述 (3)2 双容水箱液位控制系统原理及设备选择 (4)2.1设备工作原理 (4)2.2设备选择 (4)2.2.1 THJ-3型高级过程控制系统实验装置 (4)2.2.2 WINCC组态软件 (5)2.2.3模块选择S7-300 (6)2.3控制系统流程 (6)2.4水箱液位实验控制系统的用途 (7)3 双容水箱液位控制系统分析设计 (8)3.1双容水箱液位控制系统分析 (8)3.2 液位控制系统的控制目标 (8)3.3 液位控制系统的模型分析 (9)4 PID控制简介及其整定方法 (11)4.1 PID控制简介 (11)4.1.1 PID控制原理 (11)4.1.2 PID控制算法 (12)4.2 PID 调节的各个环节及其调节过程 (13)4.2.1 比例控制与其调节过程 (13)4.2.2 比例积分调节 (14)4.2.3 比例积分微分调节 (15)4.3 PID控制的特点 (15)4.4 PID参数整定方法 (16)5 实验分析 (17)5.1实验过程 (17)5.2实验结果 (19)总结 (25)参考文献 (26)1 概述在工业实际生产中，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。
双容水箱系统是一种比较常见的工业现场液位系统，在实际生产中，经过比较和筛选，串级控制系统PID控制无论是从操作性、经济性还是从系统的控制效果均有比较突出的特性，因此采用串级控制系统PID控制对双荣水箱液位控制系统实现控制。
论文以THJ-3高级过程控制实验系统为基础的实验数据作为出发点，利用MATLAB的曲线拟合的方法分别仿真出系统中上水箱、下水箱的输出响应曲线。
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)谢词 (41)参考文献 (42)................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Abstract:The purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicatortechnique ﹑the computer technique﹑the communication technique and the automaticcontrol technique in order to realize concatenation control of water tank's liquid.First, I carry out the analysis of the controlled objects' model, and use theexperimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I Designthe concatenation control system and use the dynamic simulation technique to analyzethe capability of control system. Afterwards, I design and set up the indicator processcontrol system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator.Finally, I design and set up the long distance computer control system in virtue ofthe data collection module ﹑MCGS soft and digital PID controller，accomplish controlsystem experiment and analyze the outcome.Keywords:liquid level model PID control indicator process control system computer process control systemzzzzzzzzzzzzzzzzz双容水箱液位串级控制系统的设计1 概述1.1过程控制介绍1．工业过程控制的发展概况自本世纪30年代以来，伴随着自动控制理论的日趋成熟，自动化技术不断地发展并获得了惊人的成就，在工业生产和科学发展中起着关键性的作用。
双容水箱液位控制系统设计
双容水箱液位控制系统设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN摘要本设计以JBS-GK04型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。
通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。
利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。
在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，实现计算机与现场设备之间的数据交换。
利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。
在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。
实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。
关键词: 液位；PID 控制；组态软件；参数整定AbstractThe design is based on the JBS-GK04 type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords: LevelPID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 ......................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于PLC的液位控制系统设计PPT
常规PID控制系统仿真图
2012年7月13日 10
基于PLC的液位控制系统设计
通过不断的对参数的调试，选择得到如下的合理参数：Kp=0.45， Ki=0.0029，Kd=3；内环比例系数K=5。运行后，得到响应曲线如图所示。 Kp=0.45 Ki=0.0029
Kd=3
系统运行液位曲线
由图可知，超调约为5.42%，在2%误差带的调节时间约为455s，稳态误差 约为0.21cm。
PID控制流程图：
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基于PLC的液位控制系统设计
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基于PLC的液位控制系统设计
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基于PLC的液位控制系统设计
PID控制系统的仿真
在Simulink中搭建如图所示的双闭环常规PID液位控制系统的仿真图形，双闭 环的被控对象就是上面所建立的模型。在内环加一个饱和特性，因为内环是 由调节阀输出到上水箱的，由于调节阀的最大开度是100，在实验时当阀门达 到100以后，即使前面在有大的输入，阀门的开度仍然限制在100，因此在做 仿真实验时也要对其进行限制，以做到尽可能的做到符合实际情况。所以加 了一个饱和特性，上限是100，下限是0。
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。
双容水箱课程设计
题目一：基于三种PID控制算法的双容水箱液位控制系统设计一、设计题目选择三种PID控制算法编程或者建模实现双容水箱的液位控制二、设计任务根据《先进PID控制MTALAB仿真》中对PID算法的介绍，选择其中三种算法（比如常用PID控制、神经网络PID控制、模糊自适应PID控制）编程或者建模实现双容水箱液位控制。
如下为双容水箱液位控制图：图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、水泵2分别通过第一支路、第二支路向上水箱注水。
在第一支路中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定；在第二支路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。
引入干扰图1 双容水箱液位控制系统示意图三、设计要求（1）自己查阅资料选择双容水箱的传递函数；（2）选择编写M文件实现对双容水箱下水箱液位的控制（至少三种），要求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。
（3）选择建立三种不同的模型实现双容水箱液位控制（不局限下水箱一个输入变量，可以选择上、下水箱两个输入变量），求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。
题目二：基于组态王、Excel和matlab的PID整定一、设计题目基于组态王、Excel和matlab的PID整定二、设计任务通过Matlab完成PID整定算法，用组态王软件实现双容水箱界面，excel作为Matlab和组态王的数据库，三者之间可以通过DDE协议进行数据交换。
三、设计要求（1）建立双容水箱PID模型；（2）通过Simulink中使用matlab语言编写S函数；（3）学习DDE通讯，实现组态王和matlab互联；（4）建立组态王人机界面，可以手动调整PID参数。
基于MATLAB的双容水箱液位ppt
1.2智能控制 1.2.1智能控制的产生及研究现
状
从20世纪60年代起,计算机技术和人工智能 技术迅速发展,为了提高控制系统的自主学 习能力,人工智能技术被学者们提出并广泛 应用于控制系统。1965年,美籍华裔科学家 傅京孙教授首先把人工智能的启发式推理 规则用于学习控制系统;1966年,Mendel进一 步在空间飞行器的学习控制系统中应用了 人工智能技术,并提出了“人工智能控制” 的概念
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2.2双容水箱液位控制系统的建 模
双容水箱实际被控对象如图2.1所示,为单入单出二阶最小相位过程控
。 制系统,具有非线性特性。其过程示意图如图2.2所示
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图2.2 双容水箱模型图
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在双容水箱液位控制系统中,输入量为容器1的入 水流量,正比于水菜的输入电压,连续可调且有界;输 出量(即被控量)为容器2中的液位高度。现在,采用 机理法对双容水箱液位控制系统进行数学建模。
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因此,它带有明显人类智能思维的特征。然 而,模糊控制也存在一个缺陷,即是没有一种 良好的学习架构和方法。神经网络是基于 人类神经网络解剖的基础上的,它描述的是 人类神经刚络传递、处理信息的微观过程。 神经网络控制主要特点如下:可以充分逼近 任意复杂的非线性关系;所有定量或定性的 信息都等势分布C:存于网络内的各神经元, 故有很强的鲁棒性和容错性;采用并行分布 处理方法,使得快速进行大量运算成为可能; 可学习和自适应不知道或不确定的系统;能 够同时处理定量、定-性知识。便于给出工
控制理论从形成发展至今,己经经历多年的 历程,大致可分为三个阶段:第一阶段以上世 纪40年代时兴起的调节原理作为标志,称为 经典控制理论阶段;第二阶段以60年代时兴 起的状态空间法作为标志,称为现代控制理 论阶段;第三阶段则是80年代时兴起的智能 控制理论阶段。傅京孙在1971年指出,为了 解决智能控制的问题,将人工智能技术中较 少依赖模型的问题的求解方法与常规的控 制方法相结合;Saridis在学习控制系统研究
双容水箱液位串级控制系统设计
双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计题目双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计任务如图1所示的两个大容量水箱。
要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。
试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。
自来水流出 水箱1 水箱2图1 系统示意图◆设计要求1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。
2）假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果；3）假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果；4）在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。
◆设计任务分析一、系统建模系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种建模方法。
机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，从中获得所需的数学模型测试法一般只用于建立输入—输出模型。
它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。
它的特点是把研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质。
对于本设计而言，由于双容水箱的各个环节的数学模型已知，故采用机理法建模。
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：水箱2液位；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1),副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。
控制对象特性：Gm1（S ）=1/（0.1S+1）（水箱1传递函数）；Gm2（S ）=1/（0.1S+1）（水箱2传递函数）。
控制器：PID ；执行器：流量控制阀门；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s 后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声。
双容水箱液位控制系统设计
摘要本设计以JBS-GK04型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。
通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。
利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。
在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，实现计算机与现场设备之间的数据交换。
利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。
在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。
实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。
关键词: 液位；PID 控制；组态软件；参数整定AbstractThe design is based on the JBS-GK04 type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords: LevelPID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 0Abstract (1)目录 (2)第一章绪论 (3)1.1课题研究背景及意义 (3)1.2本文主要研究的内容 (3)第二章JBS-GK04型过程控制实验装置 (4)2.1系统组成 (4)2.2系统特点 (4)2.3.工艺流程 (5)2.4技术规格 (6)2.5、JBS-GK04过程控制实验装置上位机操作说明 (7)第三章双容水箱液位控制系统方案设计 (11)3.1双容水箱液位控制系统分析 (11)3.2 双容水箱液位控制系统方案设计 (12)3.2.1控制方案的选定 (12)3.2.2串级控制系统的特点 (13)3.2.3串级控制系统的设计 (13)3.2.4计算机串级控制算法实施 (16)3.2.5液位串级控制系统工作过程 (17)3.3液位控制系统参数整定 (18)3.3.1Kp、Ti、Td对控制质量的影响 (19)3.3.2几种工程整定方法介绍 (19)3.3.3串级控制系统的参数整定 (21)第四章组态软件设计 (23)4.1“组态王”简介 (23)4.2组态画面的建立 (23)4.2.1建立工程 (23)4.2.2设备配置 (24)4.2.3变量定义 (25)4.2.4画面设计与动画连接 (27)4.2.5实时曲线和历史曲线的建立 (29)总结 (31)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。
双容水箱液位控制系统.
内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计说明书题目：双容水箱液位控制系统仿真学生姓名：任志江学号：1067112104专业：测控技术与仪器班级：测控 10-1班指导教师：梁丽摘要随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化控制水平、工业产品和服务产品质量的要求也越来高。
每一个先进、实用控制算法和监测算法的出现都对工业生产具有积极有效的推动作用。
然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，通常情况下实际生产中大规模应用的算法要比理论方面的研究滞后几年，甚至有的时候这种滞后相差几十年。
这是目前控制领域所面临的最大问题，究其根源主要在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用。
本设计设计的课题是双容水箱的PID液位控制系统的仿真。
在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。
本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。
用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，调节器采用PID控制系统。
通过仿真参数整定及各个参数的控制性能，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。
关键词：MATLAB；PID控制；液位系统仿真目录第一章控制系统仿真概述 (2)1.1 控制系统计算机仿真 (2)1.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 (2)第二章 PID控制简介及其整定方法 (6)2.1 PID控制简介 (6)2.1.1 PID控制原理 (6)2.1.2 PID控制算法 (7)2.2 PID 调节的各个环节及其调节过程 (8)2.2.1 比例控制与其调节过程 (8)2.2.2 比例积分调节 (9)2.2.3 比例积分微分调节 (10)2.3 PID控制的特点 (10)2.4 PID参数整定方法 (11)第三章双容水箱液位控制系统设计 (12)3.1双容水箱结构 (12)3.2系统分析 (12)3.3双容水箱液位控制系统设计 (15)3.3.1双容水箱液位控制系统的simulink仿真图 (15)3.3.2双容水箱液位控制系统的simulink仿真波形 (16)第四章课程设计总结 (17)第一章控制系统仿真概述1.1 控制系统计算机仿真控制系统的计算机仿真是一门涉及控制理论、计算数学与计算机技术的综合性学科，它的产生及发展差不多是与计算机的发明和发展同步进行的。
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）。
双容水箱液位串级控制系统
一、设计题目双容水箱液位流量串级控制系统设计二、设计任务如图所示的两个大容量水箱。
要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。
试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。
自来水流出水箱1 水箱2系统示意图三、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。
由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理法建模。
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；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1)副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)控制器：流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)单回路闭环系统的建模如图：双容水箱单闭环实施方案如图：串级控制系统框图如图：主PID1/（100s+1）1/（10s+1）二水箱水位检测给定值+-被控变量干扰副PID控制阀一水箱流量检测XX双容水箱液位流量串级系统实施方案如图：四、设计内容1单回路PID 控制的设计 无干扰情况下：先对控制对象进行PID 参数整定，采用衰减曲线法，衰减比为10:1.1、将MATLAB 中I 参数调为0，K 为较小值。
2、待系统稳定后，做阶跃响应，阶跃响应如下图：周期Ts=34s ，K=403、根据衰减曲线法整定计算公式，得K1=50，Ti=68s4、使用以上PID 整定参数得到阶跃响应曲线如下：观察可知，经参数整定后，系统的性能有了很大的改善。
现用控制变量法，分别改变P、I、D参数。
1、保持I、D参数为定值，改变P参数，阶跃响应曲线如下：2、保持P、I参数为定值，改变D参数，阶跃响应曲线如下：现向控制系统中加入干扰，以检测系统的抗干扰能力，阶跃响应曲线如下：观察以上曲线，并与无干扰时的系统框图比较可知，系统稳定性下降较大。
由此可见，单回路控制系统，在有干扰的情况下，很难保持系统的稳定性能。
2串级控制系统的设计主控制器的选择：选用PI控制规律副控制器的选择：选用P控制规律采用一步整定法（1）在系统纯比例作用的情况下，根据K02/δ2=0.5这一关系式，通过副过程放大系数K02，求取副调节器的比例放大系数δ2，并将其设置在副回路调节器上。
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连通阀水流量
Q0 k0 y2 y1
1号水箱泄水阀流量
Qout1 k1 y1
2号水箱泄水阀流量
Qout2 k2 y2
其中 k0 , k1 , k2 为阀门比例系数
由此，得到此环节的被控对象模型
A1
dy1 dt
Qin1
k1
y1 k0
y2 y1
A2
dy2 dt
Qin2
k2
y2 k0
y2 y1
将三个环节进行综合，并考虑到1号水箱和2号水箱的入水量与总流
Qin1
2号流量计
u1
比例阀门
Qin2
2号进水阀
A1
1号水箱
H1
1号泄水阀
Qout1
Q0
连通阀
A2
2号水箱
3号 流量
计
H2
2号泄水阀
Qout2
Qin
u
储水箱
2号水泵
被控对象模型
‒电磁阀开度到一号水箱入水流量的过程 此过程为时间常数较小的一阶惯性环节，近似为如下线性关系：
Qin1 k1u1c1
‒ 水泵PWM占空比到总流量的过程 此过程同样为时间常数较小的一阶惯性环节，可近似为如下线
性关系： Qin k4u2c2
‒流量到双容水箱液位的过程
假设 y2 y1 ，根据物料平衡关系
有：
u1
A1
dy1 dt
Qin1
Qout1 Q0
A2
dy2 dt
Qin2
Qout 2
Q0
1号进水阀
Qin1
A1
1号水箱
H1
其中A 1 和 A 2 分 别 为 双 容 水 箱 的 横 截 面 积
控制软件平台具有易用性
控制软件平台功能丰富，操作容易
1.2 单容水箱液位控制系统组成
硬件平台组成(控制器实现平台、检测装置、执行机构)
‒ 检测装置
‒ 执行机构
电磁阀
流量传感器
液位传感器
2号水泵
‒ 控制器实现平台
网络化嵌入式控制器： 已嵌入水箱内部
执行机构和检测装置
‒执行机构
2号水泵 ‒检测装置
采用控制变量法，在测定某一列两个元素过程中，相应水箱入水流 量阶跃变化而另一个水箱的入水流量保持不变，从而得到液位变化曲 线
W 1 1 ( s )与W 2 1 ( s ) 的辨识
利用控制变量法，首先辨识矩阵中第一列的两个元素，即：在保证 水泵输入电压PWM占空比不变情况下，改变电磁阀开度得到液位变 化曲线.
量的关系
可知：
Qin=Qin1+Qin2
Q in 2 = Q in Q in 1 = k 4 u c 2 k 3 u 1 c 1
因此，从水泵PWM占空比和电磁阀开度到双容水箱液位的过程的被
其中的比例系数
和基数
可以通过实验进行测定
控对象模型为：
A1ddyt1 k3u1c1k1 y1k0 y2y1 A2ddyt2 k4uc2k3u1c1k2 y2k0 y2y1
Q 与 i n 1 Q i n 2 分别为入水流量，Q o u t 1与 Q o u t 2
1号泄水阀
Qout1
2号流量计
比例阀门
Q0
连通阀
分别为泄水流量， Q 0 为某时刻2号水箱
流入1号水箱的流量
储水箱
Qin2
2号进水阀
A2
2号水箱
3号 流量
计
H2
2号泄水阀
Qout2
Qin
u
2号水泵
由流体力学相关知识可得液位与泄水流量的关系为：
‒MATLAB/Simulink
利用MATLAB/Simulink编写控制程序，能够实现从基础到复杂的控制
2.被控对象与控制器设计模型 2.1 控制系统与被控对象组成
2.2 被控对象模型
被控对象组成
被控对象模型是从水泵PWM占空比和电磁阀开度到双容水箱液 位的过程，包括三部分：
1. 水泵PWM占空比 u 2 到总流量 Q i n 2.电磁阀开度 u 1 到一号水箱入水流量 Q i n 1 3.各流量到双容水箱液位 y 1 和 y 2
采用TOTTON PUMPS的DC15/5型磁耦合离心泵，工作 前，水泵和进水管必须灌满水形成真空状态，当叶轮快速 转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作 用下从叶轮中飞出，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分 形成真空区域。水在大气压力或水压的作用下，通过水管 压到了进水管内，这样循环就可以实现连续抽水。
软件平台
‒EasyControl 控制软件平台
特点： 1. 用于开放式结构的快速控制原型开发、 硬件样机在线测试，有效地缩短开发周 期，保证系统柔性； 2. 由于可以采用实时在线测试，应用于 难以建立精确数学模型的系统，可以降 低建模和控制器设计的难度； 3. 与MATLAB系统的无缝集成，便于 开发者使用MATLAB中的各种先进算法； 4. 该软件通过与TCP/IP网络的集成性， 可应用于网络控制，远程设置控制方案， 便于调试和升级。
使用GEMS流量传感器，通过累计流过液体体积的脉冲 信号，计算得到液体流量
流量传感器
‒检测装置 液位传感器
‒被控对象
双容水箱
使用Honeywell的26PC型差压传感器作为液位 传感器，根据水箱内水的上下表面压力差进行 折算得到相应的液位从而进行反馈。
尺寸：高度25cm，内径7.5cm，外径7.6cm 双入双出的被控对象
保持水泵PWM占空比80%不变，电磁阀从58%到60%作为阶跃激励 信号，进行三次实验，结果如下表所示.
提纲
1. 双容水箱液位控制系统描述 2. 被控对象与控制器设计模型 3. 控制器设计 4. 系统仿真 5. 闭环实验
1.双容水箱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位控制系统描述
1.1 控制目标
液位解耦
双容水箱液位能够在一定时间内达到并稳定在给定值，在其中某个水 箱液位变化时，另一个水箱的液位基本维持不变
运行过程系统安全
保证控制系统在运行过程中安全可靠
k0 ~ k4
c1 , c 2
2.2 控制器设计模型
双容水箱液位系统辨识方法
由于耦合关系的存在，假设双容水箱液位耦合系统控制器设计模型 的表达式为
y y1 2 W (s) u u1 2 W W 1 21 1((ss)) W W 1 22 2((ss)) u u1 2
利用阶跃响应辨识方法，根据改变 u 1 与 u 2 引起输出液位的变化曲 线，对耦合关系矩阵 W 进行辨识.
双容水箱液位系统的耦合关系
双容水箱液位系统的耦合关系主要体现在 如下两方面： 1.状态耦合关系：由于连通阀的存在，水 会从高液位水箱流向低液位水箱; 2.输入耦合关系：2号水泵控制两个水箱的 进水流量总和Qin，电磁阀门在支路上，对 1号和2号水箱的入水流量都会有影响，因 此存在输入耦合关系。
1号进水阀