水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計本科論文-全文預(yù)覽
【正文】 提高，將被控量拉回到設(shè)定值所需時間就短。 將比例控制器切入系統(tǒng)，閉環(huán)運行時其比例度 ? 對系統(tǒng)過渡過程的影響如圖： 余差：在擾動（如負(fù)荷）及設(shè)定值變化時，控制系統(tǒng)有余差存在。 比例控制對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響 比例控制的控制作用效果如何，關(guān)鍵問題在于選擇合適的比例度，比例度時指控制器輸入的變化相對值與輸出的相對變化值之比的百分?jǐn)?shù)，即：%100)(m i nm a xm i nm a x ?????uuuxxe? e ： 控制器的輸入信號的變化量，即偏差信號。超聲波變送器可用于液位。變送器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。 （ 4）電容式物位變送器 電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進行測量和控制生產(chǎn)過程，主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠距離連續(xù)測量和指示。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。一般磁性浮球的比重小于 ，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動。 PID 控制器在實際應(yīng)用中有很多類型，就水箱液位控制系統(tǒng)可選用的也有很多，具體選用何種型號，要看具體情況而定。內(nèi)置型 PID 優(yōu)點是成本低，控制性能號，設(shè)置的參數(shù)少，接線工作量較少，抗干擾性最好。缺點是編程工作量增加，需增加硬件成本。缺點是： PID 調(diào)節(jié)過于頻繁，穩(wěn)態(tài)性能稍差，布線工作量多。這三種控制器形式各具特點。氣動控制閥采用壓縮空氣作為能源，其特點是簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆而且價格較低，因此得到廣泛應(yīng)用。執(zhí)行機構(gòu)是根據(jù)可能稚氣的控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置。經(jīng)驗表明，控制系統(tǒng)不能正常運行的原因，多數(shù)發(fā)生在控制閥上。執(zhí)行器位于控制回路的最總端，因此又稱為最終元件。 對于水箱液位控制系統(tǒng)，其被控變量是顯而易見的，液位就是其被控變量，是直接參數(shù)控制。 t0h 00( )h 00( )22Th (t)2圖 22 階躍響應(yīng)曲線 5 2控制參數(shù)和被控參數(shù)選擇 本設(shè)計研究的水箱液位控制系統(tǒng)是簡單控制系統(tǒng)，是使用的族普遍的、結(jié)構(gòu)最簡單的一種過程控制系統(tǒng)。 將式（ 23）代入式（ 22）可得 2 2 1dhR C h R Qdt? ? ? ? ? （ 24） 在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得： 2012()() ( ) 1 1RH s KGs Q s R C s T s? ? ??? （ 25） 式中， T=R2C 為水箱的時間常數(shù)（注意：閥 V2 的開度大小會影響到水箱的時間常數(shù)）， K=R2 為過程的放大倍數(shù)。 根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有 12 dhQ Q C dt?? （ 21） 將式（ 21）表示為增量形式 12 dhQ Q C dt?? ? ? ? （ 22） 式中， 1Q? 、 2Q? 、 h? ——分別為偏離某一平衡狀態(tài) 10Q 、 20Q 、 0h 的增量； C——水箱底面積。正如前面提到的，單容水箱是一個自衡系統(tǒng)。所以，若閥 2V 開度適當(dāng)，在不溢出的情況下，當(dāng)水箱的進水量恒定不變時，水位的上升速度將逐漸變慢，最終達到平衡。 被控對象 本設(shè)計探討的是單容水箱的液位控制問題。水箱液位是由傳感器檢測水位變化并達到設(shè)定值時，水箱自己的閥門關(guān)閉，防止溢出，當(dāng)檢測液位低于設(shè)定值時，閥門打開，使液位上升，從而達到控制液位的目的。首先通過測取被控液位高度過程的圖像，建立了主回路的進水流量和主管道流量、進水流量和水箱（上）液位高度、副回路進水流量和水箱（上）液位、雙容水箱的進水流量和水箱（下）液位之間的數(shù)學(xué)模型，從而加強了對液位控制系統(tǒng)的了解。 本次課程設(shè)計通過將電磁流量計和渦輪流量計分別作為主管道和副管道控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制水箱液位高度。 水箱液位自動控制系統(tǒng)就是利用自身的水位變化進行調(diào)節(jié)和改變的系統(tǒng)，它自身具平衡能力，并由電動機帶動下自動完成水位恢復(fù)的功能。最后，由單片機的輸出模擬信號控制交流變頻器，進而控制電機轉(zhuǎn)速，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水位的計算機自動控制。這樣，當(dāng)水箱水位升高時，其出水量也在不斷增大。要對該對象進行較好的計算機控制，有必要建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。若 Q1 作為被控對象的輸入變量， h為其輸出變量，則該被控對象的數(shù)學(xué)模型就是 h 與 Q1 之間的數(shù)學(xué)表達式。但為簡化起見，經(jīng)線性化處理，則可近似認(rèn)為1Q? 與 h? 成正比，而與閥 2V 的阻力 2R 成反比，即 2 2hQ R??? 或 2 2hR Q??? （ 23） 式中， 2R 為閥 2V 的阻力，稱為液阻。該時間常數(shù) T 也可以通過坐標(biāo)原點對響應(yīng)曲線作切線，此切線與穩(wěn)態(tài)值的交點所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù) T。對于任何一個控制系統(tǒng)，總是希望其能夠在穩(wěn)定生產(chǎn)操作、增加產(chǎn)品產(chǎn)量、保證生產(chǎn)安全及改善勞動條件等方面發(fā)揮作用，如果被控變量學(xué)則不當(dāng)，配備再好的自動化儀表，使用在復(fù)雜 、先進的控制規(guī)律也無用的，都不能達到預(yù)期的控制效果。執(zhí)行器接受控制其輸出的控制信號，實現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變量向設(shè)定值靠攏。如果選擇不當(dāng)或維修不妥，就會使整個系統(tǒng)無法正常運作?？刂崎y有執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。電動控制閥的能源取用方便，信號傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防爆性能差。 常見的 PID 控制器形式主要
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