【正文】 以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng) 。由于液位檢測應(yīng)用領(lǐng)域的不同，性能指標(biāo)和技術(shù)要求也有差異，但適用有效的測量成為共同的發(fā)展趨勢，隨著電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，液位檢測的自動控制成為其今后的發(fā)展趨勢，控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界 面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性。 這些不同背景的實際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以 贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 1 銅陵學(xué)院 畢業(yè)論文（ 初稿 ） 論文題目： 基于 MATLAB 液位控制系統(tǒng)研究與設(shè)計 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 3 選題背景 人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)，溶液過濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程， 通常要使用蓄液池。因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)。隨著計算機控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價格的下降，液位檢測的微機控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。 三、基本觀點： 液位串級控制系統(tǒng)的 設(shè)計控制系統(tǒng)及工 程實現(xiàn)的工作。對參數(shù)的理解這是它如何滿足我們“穩(wěn)、快、準”這個三個要求而已，而完全不了解它的實際工程中的意義。首先對被控對象的模型進行分析，并采用實驗建 模法求取模型的傳遞函數(shù)。 關(guān)鍵詞 ： 液位 模型 PID 控制 計算機過程控制系統(tǒng) 一．概述 ． 液位串級控制系統(tǒng)介紹 7 液位串級控制系統(tǒng) 圖 在工業(yè)實際生產(chǎn)中，液位是過程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油﹑化工﹑環(huán)保﹑水處理﹑冶金等行業(yè)尤為重要。如果控制系統(tǒng)設(shè)計欠妥，會造成生產(chǎn)中對液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費﹑產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計一個良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實際意義。 MATLAB 軟件介紹 MATLAB 軟件是由美國 MathWorks 公司開發(fā)的，是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的 8 科學(xué)與工程計算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動控制、數(shù)學(xué)運算、信號分析、計算機技術(shù)、圖形圖象處理、語音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國內(nèi)外高校 和研究部門進行許多科學(xué)研究的重要工具。 MATLAB 提供了一個人機交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是復(fù)數(shù)矩陣，在生成矩陣對象時，不要求作明確的維數(shù)說明，使得工程應(yīng)用變得更加快 捷和便利。 (3)圖形圖像系統(tǒng) 這是 MATLAB 圖形系統(tǒng)的 基礎(chǔ)，包括完成 2D 和 3D 數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動畫生成、圖形顯示等功能的高層 MATLAB 命令，也包括用戶對圖形圖像等對象進行特性控制的低層 MATLAB 命令，以及開發(fā) GUI 應(yīng)用程序的各種工具。 MATLAB 具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的函數(shù)，MATLAB 的控制系統(tǒng)工具箱 (Control System Toolbox)提供對線性系統(tǒng)分析、設(shè)計和建模的各種算法； MATLAB 的系統(tǒng)辨識工具箱（ System Identification Toolbox） 可以對控制對象的未知對象進行辨識和建模。被控對象的數(shù)學(xué)模型是設(shè)計過程控制系統(tǒng)、確定控制方案、分析質(zhì)量指標(biāo)、整定調(diào)節(jié)器參數(shù)等的重要依據(jù)。上水箱和下水箱為過程控制實驗裝置中上下兩個串接的有機玻璃圓筒形水箱，另有不銹鋼儲水箱負責(zé)供水與儲水。 如圖，水箱的流入量為 Q1，流出量為 Q2，通過改變閥 1的開度改變 Q1值，改變閥 2的開度可以改變 Q2值。 根據(jù)動態(tài)物料平衡， Q1Q2=A(dh/dt) ； △ Q1△ Q2=A(d△ h/dt) 在靜態(tài)時， Q1=Q2， dh/dt=0；當(dāng) Q1發(fā)生變化后，液位 h 隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化， Q2也發(fā)生變化。 在測定模型參數(shù)中可以通過以下兩種方法控制調(diào)節(jié)閥，對被控對象施加階躍信號： (1) 通過智能調(diào)節(jié)儀表改變調(diào)節(jié)閥開度，增減水箱的流入水量大小，從而改變水箱液位實現(xiàn)對被控對象的階躍信號輸入。經(jīng)過一定調(diào)節(jié)時間后 ,水箱液位重新進入平衡狀態(tài)。 圖 下水箱階躍響應(yīng)曲線 記錄階躍響應(yīng)參數(shù) (間隔 30s 采集數(shù)據(jù) ): 1 13 25 37 49 2 14 26 38 50 3 15 27 39 51 4 16 28 40 52 5 17 29 41 53 6 18 30 42 54 7 19 31 43 55 8 20 32 44 56 9 21 33 45 57 10 22 34 46 58 11 23 35 47 59 12 24 36 48 60 表 下水箱階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 由于實驗測定數(shù)據(jù)可能存在誤差，直接使用計算法求解水箱模型會使誤差增大。r39。 如圖所示 ，利用四階多項式近似擬合上水箱的響應(yīng)曲線，得到多項式的表達式： P(t)≈ (009)t4+(006)++。 13 圖 上水箱模型計算曲線 階躍響應(yīng)擾動值為 10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值 )(?y 與階躍擾動值0x 之比 0)(0 xyk ?? ，所以上水箱傳遞函數(shù)為 )(2 ?? ssG 在 MATLAB 的命令窗口輸入曲線擬合指令： x=0: 30:1650； y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:1650； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’ b:o’ xi,yi,39。數(shù)據(jù)點與曲線基本擬合。 三．系統(tǒng)控制方案設(shè)計與仿真 控制方案設(shè)計是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的核心，需要以被控過程模型和系統(tǒng)性能要求為依據(jù)，合理選擇系統(tǒng)性能指標(biāo)，合理選擇被控參數(shù)，合理設(shè)計控制規(guī)律，選擇檢測、變送器和選擇執(zhí)行器?，F(xiàn)在有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可