【正文】 是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)， 給了我很多解決問(wèn)題的思路， 在此表示衷心的感激。 致 謝 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無(wú)盡的難舍與眷戀。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。在控制器方面，可以對(duì)控制方法進(jìn)行改善，雖然電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)是位置信號(hào)，但調(diào)節(jié)閥動(dòng)作仍是通過(guò)控制電機(jī)改變閥位，可考慮能否采用增量算法直接控制電機(jī)，克服位置算法中因需要累加偏差而造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)大的缺點(diǎn)。 在設(shè)計(jì)中使用了 MATLAB 軟件，利用這個(gè)軟件可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。 20 MATLAB 加入副回路仿真曲線圖 圖 MATLAB 不加入副回路仿真曲線 圖 為加入副回路時(shí)的仿真曲線：圖 為切除副回路時(shí)的仿真曲線 . 由 和 兩圖對(duì)比可見(jiàn)，引入副回路組成雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)后動(dòng)態(tài)特性比不加入副回路的控制 系統(tǒng)有了很大的改善，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。下水箱容量滯后與上水箱相比較大，而且控制下水箱液位是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，所以選擇主對(duì)象為下水箱，副對(duì)象為上水箱。如果其調(diào)節(jié)欠妥當(dāng)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的失敗 ,且現(xiàn)在對(duì)于液位的測(cè)量有成熟的技術(shù)和設(shè)備 ，包括直讀式液位計(jì) 、浮力式液位計(jì) 、 靜壓式液位計(jì) 、 電磁式液位計(jì) 、 超聲波式液位計(jì)等。 18 (3) 超調(diào)量：輸出響應(yīng)中過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始后，被控參數(shù)第一個(gè)波峰值與穩(wěn)態(tài)值之差，占穩(wěn)態(tài)值的百分比，用于衡量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的準(zhǔn)確性。根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù) 控制規(guī)律 δ TI TD P 2δ k PI k TK/ PID k 表 臨界振蕩整定計(jì)算公式 。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 （ 3）微分控制（ D）：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系，能較快克服擾動(dòng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。選擇正確的設(shè)計(jì)方案才能使先進(jìn)的過(guò)程儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮良好的作用。r39。)。 圖 上水箱階躍響應(yīng)曲線 記錄階躍響應(yīng)參數(shù) (間隔 30s 采集數(shù)據(jù) ): 1 7 13 19 2 8 14 20 3 9 15 21 4 10 16 22 5 11 17 23 6 12 18 24 表 上水箱階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 2．下水箱 階躍響應(yīng) 參數(shù)測(cè)定： 控制進(jìn)水量 供水 施加階躍輸入信號(hào) 階躍響應(yīng)輸出 電動(dòng)磁力泵 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 上水箱 /下水箱 11 按圖連接實(shí)驗(yàn)線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ,使初始開(kāi)度 OP1=40,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。由流體力學(xué)可知，液位 h與流量之間為非線性關(guān) 為了簡(jiǎn) 便起見(jiàn)，做線性化處理得 Q2=△ h/R2，經(jīng)拉氏變換得單容液位過(guò)程的傳遞函數(shù)為 W0(s)=H(s)/Q1(s)=R2/(R2Cs+1)=K/(Ts+1) 注：△ Q1 ﹑△ Q2﹑△ h:分別為偏離某一個(gè)平衡狀態(tài) Q10﹑ Q20﹑ h0的增量。上水箱尺寸為： d=25cm,h=20cm。 MATLAB 的仿真工具箱（ Simulink） 提供了交互式操作的動(dòng) 態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。 MATLAB 系統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成： (1)MATALB 語(yǔ)言體系 MATLAB 是高層次的矩陣／數(shù)組語(yǔ)言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特性。 在液位串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 展開(kāi)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及工程實(shí)現(xiàn) 的工作。其次，根據(jù)被控對(duì)象模型和被控過(guò)程特性設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)， 采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。雖然是采用傳統(tǒng)的串級(jí) PID控制的方法，但是將利用數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的組建，努力使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的生產(chǎn)效果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的進(jìn)出流量，使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，常常需要對(duì)某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測(cè)量和控制。 教師填寫(xiě)部分 論文（設(shè)計(jì)） 進(jìn)度情況： 提前完成 正常進(jìn)行 延期滯后（請(qǐng)寫(xiě)出原因） 工作態(tài)度情況（學(xué)生對(duì)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 的認(rèn)真程度、 完成指導(dǎo)教師布置任務(wù)情況 ）： 認(rèn)真 較認(rèn)真 一般 不認(rèn)真 中期 質(zhì)量評(píng)價(jià)（學(xué)生已完成 部分 的工作質(zhì)量情況）： 好 中 差 存在的問(wèn)題與建議： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 6 系 畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn) （如被查學(xué)生為差的，請(qǐng)系畢業(yè)論文〈設(shè)計(jì)〉領(lǐng)導(dǎo)小組寫(xiě)出處理意見(jiàn)） ： 領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)（簽名）： 年 月 日 基于 MTLAB液位控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 摘 要 ： 本論文的目的是設(shè)計(jì)雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)。通過(guò)液位的檢測(cè)與控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的數(shù)量，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(guò)程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。新的版本集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形生成等功能。 (5)MATLAB 應(yīng)用程序接口 (API) 這是 MATLAB 為用戶提供的一個(gè)函數(shù)庫(kù)，使得用戶能夠在 MATLAB 環(huán)境中使用 c 程序或 FORTRAN 程序，包括從 MATLAB 中調(diào)用于程 序 (動(dòng)態(tài)鏈接 )，讀寫(xiě) MAT 文件的功能。 在液位串級(jí)控制系統(tǒng)中，我們所關(guān)心的是如何控制好水箱的 液位。液位 h 的變化反映了 Q1和 Q2不等而導(dǎo)致水箱蓄水或?yàn)a水的過(guò)程。 圖 水箱模型測(cè)定原理圖 1．上水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測(cè)定： 按 圖連接實(shí)驗(yàn)線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ,使初始開(kāi)度 OP1=50,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。 兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中將階躍響應(yīng)初始點(diǎn)的值作為 Y 軸坐標(biāo)零點(diǎn)，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為 Y軸上的各階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)；將對(duì)應(yīng) Y 軸上階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集時(shí)間作為曲線上各 X 點(diǎn)的值。而斜率 K為 P(t)在 t=0 的導(dǎo)數(shù) P39。 圖 下水箱模型計(jì)算曲線 階躍響應(yīng)擾動(dòng)值為 10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍