水箱液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、I*自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)說明水箱液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓學(xué)學(xué)專名:口號:院:業(yè):指導(dǎo)教師:2018年1 月目錄SOB咖政5.啟號性分析騙正10'6*系縊真附錄參考文獻(xiàn)111112r設(shè)計(jì)題目液M系統(tǒng)原理如卜囲所示.（1）IW般貢札分析系統(tǒng)的工作陳眩胎鍛控對敘酬斛淞旅 耐療統(tǒng)方H渦（2）分析系剜個(gè)壞剛輸入鈾關(guān)魚代入揪參散求H啄統(tǒng)傳遍前憶（3） 分折域性施乩頻域件監(jiān)（4）運(yùn)用朋跡法暢幗加系敘使2縱淞加折標(biāo)呱求（罰囁 件砒恢求就）（5）分腳校忸眥求應(yīng)川MAUAB；兒細(xì)闞艸I*二-設(shè)計(jì)報(bào)吿正文K摘在枚金纟空濟(jì)E速發(fā)展的釦減，水在人門生活和4：產(chǎn)中ib!普越來越朮的作用. 在工業(yè)生產(chǎn)以及H常牛胡應(yīng)

2、用中.常帑會(huì)需耍對界器中的液位進(jìn)打門動(dòng)控制比 如fl動(dòng)控刪水ffb水池.水t樹爐爭磔器中的«水氐生活抽水馬M的f【動(dòng) 補(bǔ)水控制，n動(dòng)電熱術(shù)器.電開水機(jī)的n動(dòng)進(jìn)水控制筲,所以水ffi液位控制系統(tǒng) 隹生活成為必不M少的東西.坡計(jì)一個(gè)合理.#3定性強(qiáng)W水箱液也押制系統(tǒng)對 生活他敕文朮人,一個(gè)完金的水?dāng)X液位控制系統(tǒng)主要山水箱電動(dòng)機(jī)進(jìn)水閥門. 浮子連桿等配件構(gòu)成：操作簡fit M樣性好.運(yùn)行成本低，町?dāng)U展了強(qiáng)等特點(diǎn), 本文對給世的水箱液ft控制系統(tǒng)進(jìn)仔分析.価出結(jié)構(gòu)矗陽，貓述毎1個(gè)元件的的 數(shù).并埒出毎個(gè)元件的傳遞函數(shù)*用血tWb/sizlink對糸統(tǒng)進(jìn)trttrt并分析 結(jié) 5|i*關(guān)M字：

3、水ffl液位控制系統(tǒng) 業(yè)動(dòng)機(jī)醴槌傳通rfift2.系統(tǒng)的ffl成分析fl動(dòng)控制系統(tǒng)的級成（1）n動(dòng)控制系統(tǒng)山控制I對«1和制動(dòng)控制段備乩成.即由押制對您.傳S器. 控制黑和執(zhí)行湍所組成的閉環(huán)桂制系統(tǒng).（2）所謂的控制對象覽ffi所需控制的機(jī)器i殳縮，或生產(chǎn)過程-（3）破控參數(shù)地所骷ft制和調(diào)節(jié)的物理屆或狀感摻數(shù)化.即控制對勲的輸岀e 氏如閑爐淋匱、水箱水昭（1）被控螫散的預(yù)定他t理M）稱為給定他（設(shè)定值）給宦價(jià)與被控«£的 測WFLZ«成為偏於.（5）擾動(dòng)足ffi除給建愉入Z外.對系統(tǒng)的輸出“影響的佔(zhàn)寸的總稱.（6）傳感雄楚ffi把般控螫ft成比M地轉(zhuǎn)變

4、為具地物fflUKH；的原件眥儀表.如 鷄電耳IMA電偶即M傳感器術(shù)發(fā)出的個(gè)號與辭而控制所3S求的悄L；不一致時(shí). 則常嚶加一個(gè)變送欺將VM的輸出悄U轉(zhuǎn)換成filfillJf耍求的侑氏（T）控制器扯將傳感器送來的佶U與給定血進(jìn)行比牧，根據(jù)比較結(jié)果的僞澄 大小，按照預(yù)定的用制期探輸出建制借號的原件或儀衣.（8）執(zhí)行器是動(dòng)力部件”它根據(jù)控制器送來的控制信號人小攻變調(diào)節(jié)閥的刑£ 對控制對1施加挖制作用 «控對陳保持在給宦值.3.帥I廉斛模ifi從剛IfII'1!1如！丨“I 'r6*電助機(jī)*液位樺制系統(tǒng)韓型脫位怦刪系統(tǒng)的任務(wù)業(yè)便液面!naft忡在一設(shè)世的他1：.系

5、統(tǒng)備r無件如 卜 1(1),，.，(5),IturFMttr訓(xùn)水Qj被辭州娥水ffi放大Jett：電圧放大恥功率放大黑 伙行元ft：電動(dòng)機(jī) «速器側(cè)門 測fit元件：浮子iUF 翩fib水箱液位(6) .給定鳳：電位器給定電用U (唧液位的冷刪H)(7) .輸岀S：實(shí)際水位H體工作廉理：當(dāng)電位器電刷位于中Wftft時(shí)(對m電壓U)Bj.即水 位處在帝劃的翩£啊時(shí)出水歌尊進(jìn)水軋此時(shí)電動(dòng)機(jī)不動(dòng)*系統(tǒng)處在半衡狀 鼠,ruM或N冰尿發(fā)生變匕當(dāng)液面升1<«時(shí)浮子佩乳也相歳升麻逓過札桿 作用述電位黑電刷從屮Mttir下臥產(chǎn)生電位熱通過放人器放九恰電動(dòng)機(jī)一 個(gè)押制；電肚驅(qū)

6、沏11動(dòng)機(jī)述過速器小進(jìn)水的門斤jf* tt進(jìn)入水ffl的液休流 «少，這帳斶幣下陥浮子位Iff郴應(yīng)下陽rt列電ft器電紳口曲川啊位亂系 統(tǒng)m新恢:uY»f- sz.液位卜詢*系維金贈(zèng)大進(jìn)水閥門開腹加大進(jìn)水m 14冊到耐M度.系統(tǒng)的方塊國加下：*0_片玻人胖卜t| 赳動(dòng)I片減速I_彳進(jìn)水側(cè)門規(guī)將毎個(gè)壞節(jié)用s域的傳遞函數(shù)我示，畫出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:lbK6 *KL放大元件傳遞的數(shù)，是設(shè)定電位與反ta信號比較后輸出的誤差信號經(jīng)放大器JG增益的船2敬G2:電動(dòng)機(jī)傳遞歯數(shù)，她輸入電斥與電機(jī)轉(zhuǎn)速的或也機(jī)釉轉(zhuǎn)ffl的傳遞雷ft.2 =島心陰塊開壞增亂TMJ晌陋是-5說數(shù).K3:減

7、速器傳遞函K3= 1/1, i為速比K4:進(jìn)水閥門的傳遞系數(shù).電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了閥門的開度調(diào)節(jié).進(jìn)而控制入水最,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與入水量可以簡化為一個(gè)K4G5:入水a(chǎn)與水箱液位的傳遞歯ft"K6:浮子連桿傳琲甫數(shù).液檢通過浮子反映在電位匕的傳遞隊(duì)數(shù).根據(jù)以上5域方框圖及毎個(gè)元件的傳遞函ft.可U將整個(gè)系統(tǒng)tl納為:系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:広)-占(/> + 1)( Ts + 1) + K'KdhK'KdU4.第統(tǒng)*ft選擇(1人放大黑：枚大單無將®值信號放大，以方鍥驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)放史倍&為 沒疔a綱.故可ts Vio.即放大10倍。u. (l)-l -+K&g

8、t;.t)+E,(2) 、Ki動(dòng)機(jī)：電樞回路電圧平»方程卅皿)為輸出馭叫(t)為輸入S的ft流電動(dòng)機(jī)微分方粘譏晉 +(從+K 丁警 +(RX + c.c,>.(t)在匸W應(yīng)用屮.猶傑眶朋庖路也5»k較小.通常忽略不計(jì)* Wrftj I.式可簡化為屯* 叫°)"瓦叭 <0-KM, (t)式屮人=RJ J(R L + qCJ血社劫機(jī)的吋M常數(shù)；"q/(K必+CQ,人= K/K KCJ是電動(dòng)機(jī)傳謹(jǐn)系么 上面我心已經(jīng)求的電樞控制i流電動(dòng)機(jī)簡化后的微分方程為；式中卩)可視為負(fù)載擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩.5)=4 瓦 由傳遞|«!崔姑rn/i；也心歸

9、瓦s(V+O卜囲足它的方框圖Clm (s>耳可取輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)為:G* 閶=_3 s(O.ls+l)(3) 城速器：是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，將電機(jī)輸出的大的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為比較低的轉(zhuǎn)速 可取傳遞慚數(shù)為： = /f3 = l/8W1(4) 進(jìn)水閥門傳遞呦ft:設(shè)糾門關(guān)閉時(shí)的餡度為零.全部打開的紡度為tld 傳遞關(guān)系為變比系ftKw故：a(S)-K4*W2 Ce)町取傳遞函ft為:n (s) = -*Qni(E)4I*15(5),燉：'=島.他也這個(gè)翎細(xì)時(shí)，酬水細(xì)針棚等效為一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)電路只中A壯R. T二RC, C稱為水容盧義為水sm底而 札R稱為水軋點(diǎn)義Ji產(chǎn)生單.位流砒變化

10、需婆的液位S.可収傳遞輸數(shù)知6%畑1(6)1.從秤了到電位器:浮了由I于液位島用變化金與札樸支點(diǎn)和平衞位HA形 成一個(gè)徹K0.為液位在恨小初期內(nèi)變化時(shí)可W近似認(rèn)為變化.乂電 位器愉出I町円融點(diǎn)fN聘¥衛(wèi)付丹他朋之間的曲邇用澈為U®K欣臥町得也未變化抑丄j電位器輸川電用ZM傳逼曲為U(s)*Ah .故可収傳遞*1«!劃U(s)=l*Ah,5系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與矯正(1)分析i代入#環(huán)節(jié)傳遞曲ft蘿&可御系統(tǒng)的開壞傳遞為:3.5G麗裁朋話二" sfI；+l)(Ts+l)i O'.O5s+O'6r+s閉耳傳遞函為:0(0*°>

11、;(T,> + l)fr>+l) + K,K,K,K*K,K,0,05b + 0.6s S + I5系m環(huán)波締用弘I*Gffl- 1lLTdBtfll4JT rSdh.|. Ptti - ZB.? leg (Al 3.Hr4d?|7由圖可刨-相位惰度為！升書28T, WfrtttfJS為：h“QJdB戲止W率.為：=條址丫內(nèi)帕位脈沖響應(yīng)如K：I*ImpulHi RcspcnBe4Tim? iBflcrnil<rimt IsflDond訂系統(tǒng)階躍響應(yīng)如下:0.5 H可如 系統(tǒng)的超=調(diào)節(jié)時(shí)間為久63齒.橋止：®求系統(tǒng)的相位裕度745%.開壞哉止頻率瑪小嚴(yán)%.由1于叫0力

12、，7因此町采用趙曲橋止SJ坐 ihffilWtII位趙冊fft為 % =7-Zo + (貨-2(n二般-28嚴(yán) + (5J 20% 30。= 0J3JJ確定新的開環(huán)截止頻率叫-圧叫出應(yīng)該盯L3.H L傾.(MiilHatlab從Sm頻率特性圖可得h姑存后瑪=1層吆補(bǔ)償堪益為* K-i-Ja15所以校正 W傳遞(*1數(shù)為1 G金” *0 18?a + l所以14正麻的開壞傳過ri%數(shù)為:GW-n(f)*n (i).竺業(yè)* '0J85S + 1 0057+07+(校止后蜿統(tǒng)殲壞波特圖*昭埠 DUtgr#m&n = 12j4 dB 1 rSd ractxl, Pnii = 45.3&

13、lt;h)g IftracU)13*1一咱七pnMB壬一Aop：! S衛(wèi)d幵環(huán)蔽|1.頓率為：現(xiàn)=3 1尹%“0門後：裁求郴位耶匝為：處y苻釦夏求.0心*丄松【I h i網(wǎng)I外竹遞聞數(shù)小 就時(shí)吉衛(wèi)乞.tM跡,1 亦S o亦 71 + G<s) w+ZMa】*J 30 l!5if * I O Og J + O G tf +s1.4ftprlndu*g*0&H25HRJtfteh糸統(tǒng)mtgiMtMp - 23.1%詞訓(xùn)寸間對h M丄k由此可知，校正后的系統(tǒng)性能比校正前大大提升，而且符合預(yù)設(shè)要求。乩聚擁仿真任Sktl訪中削ISimuHnk仍點(diǎn)系址.新建Sbnuliiik Model,并

14、繪制出紊統(tǒng)框KSlep 卜a.56fe*i 1? TrDnbrFCn*>總 I_TrziBfv Rn131osK.5 1站兇 1rranlv FCn5Gflha<hII輸出波形符合要求三.總結(jié)此次設(shè)計(jì)帀點(diǎn)對泵統(tǒng)的&定性也進(jìn)行了分析.對系統(tǒng)ffi需妥的沛分元件也逬 行必嗖的分析，并對部好部件建立&學(xué)揆熨 通過衣;X課稈i殳汁，學(xué)到門艮 參U沒存的凍肌隹-個(gè)E址期的時(shí)何里.我學(xué)會(huì)如】何圧址飯的時(shí)何內(nèi) 到訂己需蹩的瓷楸這覽我此次踐計(jì)的個(gè)收抓同時(shí)此次i殳計(jì)也燈打我時(shí)門 功控W理論的進(jìn)步研丸* r解了系統(tǒng)&定性對控制系統(tǒng)的申響用時(shí)域 分折方i交和頻域分折加瓷時(shí)i殳汁進(jìn)

15、行分析除此Z外.這次課程設(shè)計(jì)充分利用到 Hat lab輔助分析，熟悉的M呂thb的常用操作，的確是一個(gè)很仃用，fti強(qiáng)火的軼 件.同時(shí)也通過賈閱相天蹩料.i&( G/JjT ；£riK這個(gè)設(shè)il也足訃我很Tf收獲的 方ffla四附錄用Matlab進(jìn)行分析時(shí)所需程序代碼:den=0.05 0.6 1 0; num=3.5;G=tf(num,den) %原系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) G仁feedback(G,1) %原系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) margin(G) %原系統(tǒng)伯德圖step(G1) %原系統(tǒng)單位階躍響應(yīng) impulse(G1) %原系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng) num仁co nv(0.566 1,3.5)