水箱液位控制系统

水箱液位控制及MATLAB仿真实现报告

目录

水箱液位控制及MATLAB仿真实现报告 (1)

目录 (2)

摘要 (3)

水箱液位控制系统原理 (4)

水箱液位控制系统的数学模型 (4)

（一）确定过程的输入变量和输出变量 (4)

（二）水箱液位控制系统的算法： (5)

（三）水箱液位控制系统的MATLAB/simulink的仿真： (6)

（四）结果分析： (7)

总结 (9)

摘要

在人们生活和工业生产等诸多领域中经常涉及到液位和流量的控制系统问题，因此液面高度是工业控制过程中的一个重要参数，特别是在动态的过程下，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。PID控制是目前采用最多的控制方法。

本文介绍了双容水箱中控制液位的控制技术以及使用matlab仿真软件去进行液位仿真，通过PID控制实现液位的自动控制，用matlab 软件建立数学模型，再写出液位控制的PID算法进行数据模拟，最后实现水箱液位通过计算机技术自动控制。通过matlab软件仿真实现了液位的实时测量和监控。

系统通过matlab仿真对实验所得的参数和仿真数据与曲线进行分析，总结参数变化对系统性能的作用。

关键字：PID控制液位控制 matlab仿真算法

水箱液位控制系统原理

控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、侧量传送装置、控制装置和执行装置：

水箱液位控制系统的数学模型

（一）确定过程的输入变量和输出变量

流入水箱的流量Q1是输入变量，流出水箱的流量L2取决于液位L和水箱出水阀门的开度，Q2为输出变量，被控对象是水箱，故系统控制模型图如下：

（二） 水箱液位控制系统的算法：

Q 1：水箱流入量

Q 2：水箱流出量

A ：水箱截面积

u ：进水阀开度

f ：出水阀开度

h ：水箱液位高度

h0：水箱初始液位高度

K1：阀体流量比例系数

假设f 不变，系统初始态为稳态，H 0=2m ，K 1=10，A=10m 2。 则由物料平衡得：

dt

dh A Q Q *

21=- u k Q *11=

h k Q *12=

代入方程得： )**(111h k u k A

dt dh -= ① 在稳定条件下：0)(*112=-Q Q A

② 由①-②得：

dt

h d A Q Q )(*21∆=∆-∆ ③ h h k Q ∆=∆*)*2/(012 ④

u K Q ∆∆=*11 ⑤

对①、②、③进行拉氏变换得：

)(10)(**)(2)(1s H S s H A S s Q s Q ∆=∆=∆-∆

1536

.31010)(1)(2)(传递函数为：)(*1536.3)(*)

0*2(1)(2)

(*1)(1+=∆∆=∆=∆=∆∆=∆S S Q S Q S G S H S H h k S Q S u k S Q （三） 水箱液位控制系统的MATLAB/simulink 的仿真：

（四）结果分析：

(一)P(比例)控制：

水箱系统液位控制系统在无调节器的情况下，过渡过程是一个非周期过程，是稳定的系统；调节时间较短，响应比较迅速，但是，该系统为一个有静差的系统。由下图可知，增大p调节可以相应的减小静差。随着p的增大，系统越来越不稳定。当p=100时，系统达到稳定。

(二)PI(比例积分)控制：

当积分作用较强时，可以出现衰减震荡过程，比积分控制可以有效的对抗干扰性。由下图可知，调节i可以使系统出现超调量，从而使系统变得不稳定。增大i系统越不稳定。当p=100，i=1时，系统达到稳定状态。

(三)PID(比例积分微分)控制：

当微分作用较强时。系统会随着d的增大遥越来越不稳定，但当d达到某一特定值后，系统会重新恢复稳定。如下图，当p=100，i=1时，随着d的增大，系统越来越不稳定，当d=0时系统为稳定状态。

总结

通过这次设计让我明白许多东西看上去很简单，但实际操作起来还是很困难的。在实验设计过程中我还是存在很多不足之处，可能是自己学的知识不够扎实，导致自己在实验中遇到了一些问题。这次设计过程对我有了很大的启发，在现阶段我们应该扎实的去学习专业理论知识，学习掌握分析问题和解决问题的能力，并且提高了我的实践操作能力。所以说这次的设计作业对我将来出去寻找工作有很大的帮助。