【正文】 LAB 還具有根強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。在 MATLAB 環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運(yùn)行過(guò)程，即時(shí)地監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。在設(shè)計(jì)中充分利用自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的串級(jí)控制。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) 。 這些不同背景的實(shí)際問(wèn)題都可以簡(jiǎn)化為某種水箱的液位控制問(wèn)題。 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(jì) 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。因此液位是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)。 三、基本觀點(diǎn)： 液位串級(jí)控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及工 程實(shí)現(xiàn)的工作。首先對(duì)被控對(duì)象的模型進(jìn)行分析，并采用實(shí)驗(yàn)建 模法求取模型的傳遞函數(shù)。如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥，會(huì)造成生產(chǎn)中對(duì)液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費(fèi)﹑產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計(jì)一個(gè)良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實(shí)際意義。 MATLAB 提供了一個(gè)人機(jī)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(duì)象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說(shuō)明，使得工程應(yīng)用變得更加快 捷和便利。 MATLAB 具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的函數(shù)，MATLAB 的控制系統(tǒng)工具箱 (Control System Toolbox)提供對(duì)線性系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模的各種算法； MATLAB 的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（ System Identification Toolbox） 可以對(duì)控制對(duì)象的未知對(duì)象進(jìn)行辨識(shí)和建模。上水箱和下水箱為過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置中上下兩個(gè)串接的有機(jī)玻璃圓筒形水箱，另有不銹鋼儲(chǔ)水箱負(fù)責(zé)供水與儲(chǔ)水。 根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡， Q1Q2=A(dh/dt) ； △ Q1△ Q2=A(d△ h/dt) 在靜態(tài)時(shí)， 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。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后 ,水箱液位重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。r39。 13 圖 上水箱模型計(jì)算曲線 階躍響應(yīng)擾動(dòng)值為 10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值 )(?y 與階躍擾動(dòng)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。 三．系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 控制方案設(shè)計(jì)是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，需要以被控過(guò)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(jì)控制規(guī)律，選擇檢測(cè)、變送器和選擇執(zhí)行器。 PID 控制規(guī)律為： ])()(1)([)(0 dttdeTdteTiteKptU t ??? ? 或以傳遞函數(shù)形式表示： y(t) + + r(t) r (t) 比例 P 積分 I 微分 D 被控對(duì)象 16 )11()( )()( T d sT iskpsE sUsG ???? 式中， KP:比例系數(shù) TI:積分時(shí)間常數(shù) TD:微分時(shí)間常數(shù) PID 控制器各控制規(guī)律的作用如下： （ 1）比例控制（ P）：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 PID 控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類： 一是理論計(jì)算整定法。 在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TI置于最大，微分時(shí)間 TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值，把系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，將調(diào)節(jié)器的比例度δ由大到小 逐漸減小，得到臨界振蕩過(guò)程，記錄下此時(shí)的臨界比例度δ k 和臨界振蕩周期 Tk。為了保證系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定程度，一般衰減率在 。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因?yàn)橄滤涞囊何皇钦麄€(gè)控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。主副回路時(shí)間常m2 m1 e1 c1 擾動(dòng) f1(t) e2 設(shè)定 值 R c2 擾動(dòng) f2(t) 主調(diào)節(jié)器 副調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 測(cè)量與 變送器 2 測(cè)量與 變送器 1 19 數(shù)之比應(yīng)在 3 到 10 之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過(guò)程特性。副控制器 P參數(shù)為 KP=50，在初始點(diǎn)加 40點(diǎn)階躍輸入量觀察階躍響應(yīng)曲線。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識(shí)，掌握了實(shí)際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，使對(duì)自動(dòng)控制的理解上升到一個(gè)新的臺(tái)階。在條件允許的情況下，采用更高精度的采集模塊。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 最后，我要感謝我的父母對(duì)我的關(guān)系和理解，如果沒(méi)有他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)生涯中的無(wú)私奉獻(xiàn)和默默支持，我將無(wú)法順利完成今天的學(xué)業(yè)。 最后，我要特別感謝 我的導(dǎo)師劉望蜀 老師、 和研究生助教吳子儀 老師。老師們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。從這里走出，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了 設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對(duì)我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。 在實(shí)際的工作崗位上，將要設(shè)計(jì)不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制系統(tǒng)不同于實(shí)驗(yàn)室中的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將面臨遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的多的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)系統(tǒng)未必是最先 進(jìn)的 、 最現(xiàn)代化，但必須是有效 、 可行 、 可靠。特別是利用 SIMULINK 工具箱可以便捷地對(duì)不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì) PID 控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對(duì)在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，使對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更加明確。 2．抗擾動(dòng)能力 維持初始階躍信號(hào)不變，并在副回路中加入擾動(dòng)信號(hào)，觀察響應(yīng)曲線 . 在 400s 經(jīng)過(guò)慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為 70的擾動(dòng)信號(hào)。 (4) 控制器的選擇 根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過(guò)程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。 (2) 控制參數(shù)的選擇 從雙容水箱系統(tǒng)來(lái)看，影響液位有兩個(gè)量，一是通過(guò)上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。 (4) 調(diào)節(jié)時(shí)間：從過(guò)渡過(guò)程開始到被控參數(shù)進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)值 5%— +5