計算機控制系統(tǒng)論文課件

1、雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設計班 級：電自09101班答 辯 人：黃坤鋒指導教師：張麗杰內容安徽理工大學畢業(yè)設計一 、研究背景及意義二、水箱建模與PID整定理論三、單回路控制系統(tǒng)設計四、串級控制系統(tǒng)設計五、結論一、研究背景及意義 雙容水箱是較為典型的非線性、時延對象，工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成雙容水箱的數(shù)學模型，具有很強的代表性，有較強的工業(yè)背景，對雙容水箱數(shù)學模型的建立是非常有意義的。同時，雙容水箱的數(shù)學建模以及控制策略的研究對工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導意義，例如工業(yè)鍋爐、結晶器液位控制。而且，雙容水箱的控制可以作為研究更為復雜的非線性系統(tǒng)的基礎，又具有較強的理論性，屬

2、于應用基礎研究。安徽理工大學畢業(yè)設計水箱液位控制系統(tǒng)的構成水箱液位控制系統(tǒng)AE2000B由水箱體，水位檢測元件（壓力傳感器）、水泵、數(shù)據(jù)采集模塊及上位工控機(內有PCI總線插槽)構成，負責監(jiān)測和變送和執(zhí)行的元件包括液位傳感器、渦輪流量計、壓力表、電動調節(jié)閥等組成。圖中的兩個玻璃容器、通過連接閥門依次連接。玻璃容器通過泄水閥門可以排出容器里的水，供水泵循環(huán)使用，水泵抽出的水通過進水閥門 進入容器，這樣就構成了一個封閉的回路。兩個玻璃容器上各裝有一個液位壓力傳感器作為測量元件，用來讀出容器的實時液位值。進水閥門通過兩個步進電機控制其開度，從而調節(jié)進入容器水量的大小。二、水箱建模與PID整定理論雙容

3、水箱系統(tǒng)構成圖安徽理工大學畢業(yè)設計液位壓力傳感器將容器中的水位值轉換為相應的電信號傳到數(shù)據(jù)采集模塊，又由數(shù)據(jù)采集模塊傳給上位機，為各種控制算法提供實時的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過相應的處理，生成恰當?shù)目刂菩盘?，也需要?jīng)過數(shù)據(jù)采集卡給到步進電機，進一步控制閥門的開度，從而實現(xiàn)對各種控制算法的模擬和檢驗。二、水箱建模與PID整定理論安徽理工大學畢業(yè)設計雙容水箱控制如上圖所示，是兩個串聯(lián)在一起的水箱，水先進入水箱A,然后再通入水箱B,然后再從水箱B流出。水流入量由變頻控制泵控制，流出量由用戶控制。水箱A： 水箱B : 其對應的拉式變化為: 二、水箱建模與PID整定理論在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制變

4、量：水流量Q；被控參數(shù)：下水箱液位；控制器：PID； 執(zhí)行器：控制閥；控制對象特性：（上水箱傳遞函數(shù)）下水箱傳遞函數(shù)下水箱傳遞函數(shù) 三、單回路控制系統(tǒng)設計 用衰減曲線法對系統(tǒng)進行PID參數(shù)整定 衰減比為10：1安徽理工大學畢業(yè)設計以上面的參數(shù)為參照，改變PID的參數(shù)，最終得出控制效果較好的仿真圖調節(jié)時間 Ts=9s超調量 =4%穩(wěn)態(tài)誤差 Ess=7.6可見穩(wěn)態(tài)誤差不符合設計的要求三、單回路控制系統(tǒng)設計四、串級控制系統(tǒng)設計未加校正的串級控制系統(tǒng)框圖對上面框圖進行仿真得出下圖 可以看出此圖各項指標并不符合設計要求四、串級控制系統(tǒng)設計加入調節(jié)模塊的串級控制系統(tǒng)對主回路進行PID調節(jié)，對副回路只進行P調節(jié)然后進行主副回路參數(shù)整定四、串級控制系統(tǒng)設計經(jīng)過多組數(shù)據(jù)驗證得出較理想的仿真圖如下調節(jié)時間 Ts=7s超調量 =3%穩(wěn)態(tài)誤差 Ess=0可見各項指標都達到要求四、串級控制系統(tǒng)設計 串級PID控制的設計方案完成對水箱液位的控制調節(jié)是可行的。而且在改善系統(tǒng)的動態(tài)特性、抗擾動能力等方面與非串級控制系統(tǒng)是較為有效的。之前整定出的主副控制器PID參數(shù)值也是合適可用的。但是仿真曲線只是在計算機上通過對實際系統(tǒng)仿真得到的較理想的模擬曲線。實際系統(tǒng)設計