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液位自動控制系統(tǒng)的研究_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-全文預(yù)覽

2025-09-21 10:41 上一頁面

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【正文】 力傳感器( PT、 LT),用于檢測壓力、液位的大??;而下水箱的水經(jīng)閥 7 流到復(fù)合加熱水箱的外套,再經(jīng)閥 8 流回儲水箱,各水箱 都設(shè)有溢流口,保證水箱滿后不外流并順利經(jīng)溢流口流回儲水箱。 2 和 5:外部電壓控制信號( 05V)輸入端, 2 接信號正極, 5 接信號地線。 本裝置配有電壓型和電流型漏電保護(hù)系統(tǒng)。 插上三芯插頭,此時控制屏左、右兩側(cè)的三芯電源插座均帶電。根據(jù)需要配置了微機(jī)通訊接口單元( RS232),以滿足計(jì)算機(jī)實(shí)時控制需要。 ( 6)總結(jié)和展望 對已完成的工作進(jìn)行總結(jié),并對今后的工作提出建議。具體內(nèi)容如 下: ( 1) 緒論 主要介紹本課題的研究內(nèi)容、水位控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀, PID 控制的特點(diǎn)及尚未解決的問題,以及本課題所做的主要工作。在頻域性能指標(biāo)中,最常用的是增益裕度和相角裕度,它們可以反映對象的不確定性,在很多情況下是很好的魯棒性能尺度, Ho 等人研究了一些著名的 PID 整定公式的增益裕度和相角裕度 ,得出一些結(jié)論 :在基于復(fù)合 (loadbased)的整定方法中 ,增益裕度一般為 ,相角裕度從 30 變化到 60 度;在基于設(shè)定點(diǎn) (setpointbased)的整定方法中 ,增益裕度一般為 2,相角裕度在 65 度左右,但遺憾的是,作為魯棒性能指標(biāo),增益裕度和相角裕度是相關(guān)的,有些時候表現(xiàn)出了矛盾的一面,而且,增益裕度和相液位自動控制系統(tǒng)的研究 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 4 頁 角裕度也不適用于多變量過程。 控制中尚需解決的問題 常規(guī)的 PID 控制器設(shè)計(jì)大致可分為基于模型的方法和基于規(guī)則的方法。其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感,在很寬的液位自動控制系統(tǒng)的研究 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 3 頁 操作條件范圍內(nèi)都能保持較好的魯棒性。 PID 控制器具有簡單而固定的形式,原理也不復(fù)雜,使用起來很方便,控制效果也很好。此后,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是電子計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展,涌現(xiàn)出許多新的控制方法。 上述文獻(xiàn)都是以水箱水位控制系統(tǒng)為研究對象,對故障的檢測與診斷以及分離和建模及監(jiān)控策略進(jìn)行了研究,并提出了很多行之有效的算法,為水箱水位控制系統(tǒng)的仿真及監(jiān)控平臺的開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。文獻(xiàn) [13]通過水箱水位控制系統(tǒng)的例子,說明液位自動控制系統(tǒng)的研究 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 2 頁 了在一個分布 式智能控制系統(tǒng)內(nèi)多個智能子系統(tǒng)之間進(jìn)行動態(tài)協(xié)調(diào)的機(jī)制和大致過程。文獻(xiàn) [9]中 Noura Hassan 等用雙容水箱水位控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)?zāi)P蛯?zhí)行器容錯控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。水位控制一般指對某一水位進(jìn)行控制調(diào)節(jié),使之達(dá)到所要求的控制精度。 關(guān)鍵詞: 水位自動控制系統(tǒng), PLC 技術(shù), PID 控制,串級控制 液位自動控制系統(tǒng)的研究 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 II 頁 The Research of The Water Level Automatic Control System Abstract The water level control system design is a topic, which allows study of the principles of process control as the process variables, for example the level and flux, to be measured, controlled and observed for its variability during the simulation process of modem industrial manufacture. It has the mon characteristic of dynamic process in process control such as great inertia, larger delay, nonlinear and difficult to be controlled precisely, so that it bees a perfect object in the field of control theory and control engineering, process control teaching, testing and study. This topic first has made the whole analysis to the water level control system and simply introduces the water level system control platform, then introduces the PLC programmable controller in detail and amply analyses the PID control and the cascade PID control which based on PLC. It introduces the cascade control system characteristic and the host vicereturn route design in detail. The twotank water level cascade control system has been designed. Then it carries on the PID parameter by 4:1 decay curve law。 本課題首先對水位控制系統(tǒng)做了整體的分析并簡單介紹了水位控制系統(tǒng)的控制平臺;然后詳細(xì)介紹了 PLC 可編程控制器并詳細(xì)分析了基于 PLC 的 PID 控制和串級 PID 控制,對串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和主副回路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳述 ,設(shè)計(jì)了雙容 水箱串級水位控制系統(tǒng) ,并根據(jù) 4: 1 衰減曲線法對 PID 參數(shù)進(jìn)行整定;最后根據(jù)理論分析進(jìn)行水位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制精度和穩(wěn)定性。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,有很多地方需要對容器內(nèi)的水位控制,使之高精度的保持在給定的數(shù)值。 文獻(xiàn) [8]中 統(tǒng)的構(gòu)成,仿真建模和實(shí)時仿真;在德國杜伊斯堡大學(xué)( University of Duisburg)測量與控制系的研究者使用 ―DTS200‖模型成功地測試了非線性解耦的方法和基于模型的故障診斷方法。文獻(xiàn) [12]為四個相識非線性濾波器推導(dǎo)了敏感模型,利用這些敏感模型得出一種廣義自適應(yīng)濾波算法( General Adaptive Filtering Algorithm),并在雙容水箱水位控制系統(tǒng)上進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn) [16]將多變量投影方法和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的逼近能力結(jié)合起來,提出了一種基于嵌入徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性主成分回歸算法的過程監(jiān)測及故障診斷方法,在水箱水位控制實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明該方法確實(shí)能夠有效地實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)測、快速地檢測并診斷出故障狀態(tài)。在上世紀(jì) 40 年代以前,除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制外,它上唯一的控制方法。概括地講, PID 控制的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 簡單實(shí)用,易于實(shí)現(xiàn),性能優(yōu)良。 魯棒性能優(yōu)良。 由于具有這些優(yōu)點(diǎn),在過程控制中,人們首先想到的總是 PID 控制,但 PID 參數(shù)復(fù)雜 繁瑣的整定過程一直困擾著工程技術(shù)人員,研究 PID 參數(shù)整定技術(shù)具有十分重要的工程實(shí)踐意義。時域性能指標(biāo)雖然很好的展現(xiàn)了控制器某一方面的性能,但顯然它忽視了控制系統(tǒng)一個很重要的方面 ——魯棒性 (Robustness),我們知道,我們所用的數(shù)學(xué)模型往往是不精確的, 實(shí)際情況是,對象或過程往往是時變的,難于建立精確的數(shù)學(xué)模型,因此,基于精確的數(shù)學(xué)模型的控制器整定或設(shè)計(jì)方法通常是不魯棒的,在進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)和比較時,我們不僅要看時域性能的好壞,而且也要考慮頻域魯棒性。然后介紹了PLC 可編程控制器的基本常識并設(shè)計(jì)出 水位控制系統(tǒng)基于 PLC 的 PID 控制、PID 串級控制,并用 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)了其控制算法。 ( 5)根據(jù)理論知識做出水位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),對串級 PID 控制的調(diào)節(jié)過程進(jìn)行分析??刂破脚_主要包括電源控制屏、 PLC 可編程控制器和交流變頻調(diào)速器。 具體操作方法如下: 將電源插座接 220V 市電電源,要注意 ―左零右火 ‖的接線方式且要有可靠的 接線保護(hù)。 撥開照明開關(guān)到上側(cè),此時接通日光燈電源,日光燈亮。為了是變頻器各接線端子不因每次做試驗(yàn)經(jīng)常 的裝拆線而損壞或丟失,應(yīng)將常用端子引到掛箱面板上,以方便試驗(yàn)連線,它們分別是: A、 B、 C:變頻器的三個輸出端,連接三相鼠籠電機(jī)三相定子繞組的接線端 U、 V、 W。 液位自動控制系統(tǒng)的研究 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 7 頁 被控對象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如 圖 所示: 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 被控對象的供水有兩路:一路是由磁力泵 1 從儲水箱中抽水,通過閥 1 再經(jīng)閥 3 向上水箱供水、經(jīng)閥 4 向下水箱供水、經(jīng)閥 5 向復(fù)合加熱水箱的內(nèi)膽供水;另一路是磁力泵 2 從儲水箱中抽水,分別通過閥 2 經(jīng)閥 9 向上水箱供水、經(jīng)閥10 向下水箱供水,經(jīng)閥 11 向復(fù)合加熱水箱的夾套供水。 CPU模塊的工作電壓一般是 DC 5V。 存儲器分為:系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。數(shù)字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、 限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的數(shù)字量輸入信號;模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。 編程裝置 編程裝置是 PLC 不可缺少的一部分,用來生成用戶程序,并對其進(jìn)行編輯、檢查和修改,還可以在線監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài) 。程序可以存盤或打印,還可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。驅(qū)動可編程序控制器負(fù)載的 直流電源一般有用戶提供。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU 模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。 S7200 系列除了具有 PLC 的基本控制功能以外,還在以下三個方面有獨(dú)到之處: ( 1)功能強(qiáng)大的指令集 指令內(nèi)容包括位邏輯指令、計(jì)數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算指令、 PID 指令、字符串指令、時鐘指令、通訊指令以及和智能模塊配合的專用指令等。 西門子 S7200 系列 PLC 具有極高的性價比,適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。利用總線連接電纜,可以把 CPU 模塊和其他擴(kuò)展模塊,如數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量 I/O 模塊、通訊模塊等等,連接起來 。西門子提供了多種類型的 CPU,以適應(yīng)各種應(yīng)用的要求。目前有兩種不同型號的 PC/PPI 電纜:帶有 RS232口的隔離型 PC/PPI 電纜,用 5 個 DIP 開關(guān)設(shè)置波特率和其它配置項(xiàng);帶有RS232 口的非隔離型 PC/PPI 電纜,用 4 個 DIP 開關(guān)設(shè)置波特率。 CPU 模塊上的模式開關(guān)用于改變和轉(zhuǎn)換 S7200 PLC 的工作模式。 S7200 PLC 通電后,需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。任務(wù)執(zhí)行依次稱為一個掃描周期。在讀輸入階段, S7200 CPU 讀取物理輸入點(diǎn)上的 ON/OFF( 1/0)狀態(tài)并復(fù)制到輸入映像寄存器。因此,除只讀的輸入映像寄存器外,各映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。自診斷測試包括定期檢查EEPROM、用戶程序存儲器、 I/O 模塊狀態(tài)以及 I/O 擴(kuò)展總線的一致性,將監(jiān)控定時器復(fù)位,以及完成一些別的內(nèi)部工作。 西門子 S7200 PLC 的編程語言 西門子 S7200 PLC 系列采用的編程語言常用的有以下三種:梯形圖( LadderDiagram)、功能塊圖( Function Block Diagram)、語言表或稱指令表( Instruction/Statement List)。觸點(diǎn)和線圈等組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)( Network),用編程軟件生成的梯形圖和語言表程序中有網(wǎng)絡(luò)編號,允許以網(wǎng)絡(luò)為單位,給梯形圖加注釋。 2. 功能塊圖 功能塊圖( FBD)與數(shù)字邏輯門電路的編程語言相類似,用一種功能方框來表示一種特定的功能,方框圖中的符號表示著該功能塊圖的功能。 3. 語句表 S7200 系列可編程序控制器將指令表稱為語句表。 Step 7Micro/WIN 編程軟件簡介 供 S7200 使用的 Step 7Micro/WIN32 編程軟件提供了兩種指令集:SIMATIC 指令集與 IEC11313 指令集。 西門子 S7200 PLC 的程序 結(jié)構(gòu) S7200 PLC 系列的控制程序是由主程序( OB1)、子程序和中斷程序組成。 子程序是一個可選的指令集合,僅在被其他程序調(diào)用時執(zhí)行。中斷程序是用來處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件,執(zhí)行中斷程序前后, S7200 系統(tǒng)會自動保護(hù)和恢復(fù)被中斷的程序運(yùn)行環(huán)境。 在模擬控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制控制規(guī)律是 PID 控制,常規(guī) PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 PID 控制
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