【正文】 征，它們均有四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。在自動(dòng)控制示意圖中，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量（液位）發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)變送儀表得到其測(cè)量值；控制器接受液位測(cè)量變送器送來(lái)的信號(hào)，與設(shè)定值相比較得出偏差，按某種運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并輸出控制信號(hào)；控制閥接受控制器的控制信號(hào)，按其大小改變閥門(mén)的開(kāi)度，調(diào)整給水量，以克服擾動(dòng)的影響，使被控變量回到設(shè)定值，最終達(dá)到水箱液位的恒定。2 水箱液位控制系統(tǒng)的原理2．1 人工控制與自動(dòng)控制下圖為水箱液位控制系統(tǒng)示意圖，在人工控制示意圖中，為保持水箱液位恒定，操作人員應(yīng)根據(jù)液位高度的變化情況控制凈水量。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，就是包括生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、操作優(yōu)化、先進(jìn)控制和基層等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，亦稱管理控制一體化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱管控一體化系統(tǒng)）。20世紀(jì)60年代，現(xiàn)代控制理論迅猛發(fā)展，它以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)、以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為特征的而以在隨機(jī)干擾下采用Kalman濾波器的線性二次型系統(tǒng)（LOG）設(shè)計(jì)宣告了時(shí)域方法的完成，這是第三代控制理論。有人把直到20世紀(jì)30年代末這段時(shí)期的控制理論成為第一代控制理論，第一代控制理論分析的主要問(wèn)題是穩(wěn)定性，主要的數(shù)學(xué)方法是微分方程解析方法。1．4過(guò)程控制的發(fā)展與趨勢(shì)20世紀(jì)40年代開(kāi)始形成的控制理論被成為“20世紀(jì)上半葉三大偉績(jī)之一”，在人類社會(huì)的各個(gè)反面有著深遠(yuǎn)的影響。顯然，過(guò)程參數(shù)的變化，不但受外界條件的影響，它們之間往往也相互影響，這就增加了某些參數(shù)自動(dòng)控制的復(fù)雜性和難度，過(guò)程控制有如下特點(diǎn)：① 被控對(duì)象的多樣性；② 對(duì)象存在滯后；③ 對(duì)象特性的非線性；④ 控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。例如，某些混合氣體環(huán)境的污染，因此，減小工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響也已納入過(guò)程控制的目標(biāo)范圍。例如，用蒸汽加熱反應(yīng)器或在沸器，如果在蒸汽總壓波動(dòng)劇烈的情況下，要把反應(yīng)溫度或塔釜溫度控制好將極為困難；中間儲(chǔ)槽的液位高度與氣柜壓力，必須維持在允許的范圍之內(nèi)，才能使物料平衡，保持連續(xù)的均衡生產(chǎn)。1．2過(guò)程控制的目的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)各個(gè)工藝過(guò)程的物理量（或稱工藝變量）有著一定的控制要求。關(guān)鍵詞 PID控制 過(guò)程控制 液位控制1 緒論1．1過(guò)程控制的定義生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一般是指石油、化工、冶金、煉焦、造紙、建材、陶瓷及電力發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。PID控制（比例、積分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。既不能太滿溢出造成浪費(fèi),溶液過(guò)濾,畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄任務(wù)書(shū) 2摘要 31 緒論 4 過(guò)程控制的定義 4 過(guò)程控制的目的 4 過(guò)程控制的特點(diǎn) 5 過(guò)程控制的發(fā)展與趨勢(shì) 52 水箱液位控制系統(tǒng)的原理 6 人工控制與自動(dòng)控制 6 水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖 7 水箱液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 83 水箱液位控制系統(tǒng)的組成 11 被控制變量的選擇 11 執(zhí)行器的選擇 11 PID控制器的選擇 15 液位變送器的選擇 174 PID控制規(guī)律 18 比例控制 18 積分控制 21 微分控制 21 比例積分控制 21 比例積分微分控制 225 應(yīng)用實(shí)例 22 液位控制在廁所中的應(yīng)用 22 液位控制在汽車(chē)上的應(yīng)用 23總結(jié) 24致謝 25參考文獻(xiàn) 25摘 要 在人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問(wèn)題,化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程,也不能過(guò)少而無(wú)法滿足需求。 本文主要是對(duì)一水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、PID算法、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識(shí)。電力拖動(dòng)及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等過(guò)程的自動(dòng)控制一般不包括在內(nèi)。有些工藝變量直接表征生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量起著決定性的作用。有些工藝變量是決定安全生產(chǎn)的因素。綜上所述，過(guò)程控制的主要目標(biāo)包括一下幾個(gè)方面：① 保障生產(chǎn)過(guò)程的安全和平穩(wěn)；② 達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量；③ 盡可能地減少原材料和能源損耗；④ 把生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的危害降低到最小程度。由于對(duì)象的特性不同，其輸入與輸出可能不止一個(gè)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在于適應(yīng)這些不同的特點(diǎn)，以確定控制方案和控制其的設(shè)計(jì)或選型，以及控制器特性參數(shù)的計(jì)算與設(shè)定。與其他任何學(xué)科一樣，控制理論源于社會(huì)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)踐。這時(shí)候的系統(tǒng)（包括過(guò)程控制系統(tǒng)）是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，儀表是基地式、大尺寸的、滿足當(dāng)時(shí)的需要。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，為了解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與控制問(wèn)題，現(xiàn)代控制理論和優(yōu)化與控制相結(jié)合，逐步發(fā)發(fā)展成了大系統(tǒng)理論。這類自動(dòng)化是靠計(jì)算機(jī)的組成特征，過(guò)程系統(tǒng)指明了它的工作對(duì)象，正好與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）相應(yīng)，有人也稱之為過(guò)程工業(yè)的CIMS。手工控制的過(guò)程主要分為三步：① 用眼睛觀察水箱液位的高低以獲取測(cè)量值，并通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)傳到大腦；② 大腦根據(jù)眼睛看到的水位高度，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差大小和方向，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出控制命令；③ 根據(jù)大腦發(fā)出的命令，用雙手去改變給水閥（或進(jìn)水閥）的開(kāi)度，使水箱液位包持在工藝要求的高度上。這樣就完成了所要求的控制任務(wù)。對(duì)于不同對(duì)象的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，盡管其具體裝置與變量不相同，但都可以用相同的方框圖表示：被控變量擾動(dòng)——偏差操縱變量控制器 執(zhí)行器 被控對(duì)象 測(cè)量變送器擾動(dòng)通道擾動(dòng)由這個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通用的框圖設(shè)計(jì)出水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖如下：液位變送器+PID控制器電動(dòng)控制閥閥閥器液位_水箱這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（1） 確定過(guò)程的輸入變量和輸出變量如下圖所示，流入水箱的流量是由進(jìn)料閥1來(lái)控制的；流出水箱的流量取決于水箱液位L和出料閥2的開(kāi)度，而出料閥的開(kāi)庫(kù)是隨用戶的需要而改變的。設(shè)水箱液體的儲(chǔ)存量為V，則單位時(shí)間內(nèi)出料流量與進(jìn)料流量之差等于水箱液體儲(chǔ)存量的凈增量。 將式（1—9）減去式（1—6）可得用新增量形式表示的動(dòng)態(tài)方程式，為： （1—10）（3）消去中間變量，簡(jiǎn)化，求的微分方程式中間變量式原始方程式中出現(xiàn)的一些既不是輸入變量也不是輸出變量的工藝變量。由此可見(jiàn)，這是一個(gè)一階微風(fēng)方程，液位過(guò)程為一階過(guò)程。顯然液體流經(jīng)這段距離所需時(shí)間完全是傳輸滯后造成的。3．1 被控制變量的選擇被控變量的選擇是控制系統(tǒng)的核心問(wèn)題，被控變量選擇的正確與否是決定控制系統(tǒng)有無(wú)價(jià)值的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)與執(zhí)行器的性能和正確選用有著十分密切的關(guān)系。控制閥發(fā)裝現(xiàn)場(chǎng)，通常在高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、易滲透、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場(chǎng)合下工作?？刂崎y接受控制器輸出的控制信號(hào)，通過(guò)改變閥的開(kāi)度來(lái)達(dá)到控制流量的目的。液動(dòng)控制閥推力最大，但比