【文章內容簡介】 即噪聲的影響，為此就需要處理大量的測試數據，計算機是不可缺少的工具。它所涉及的內容很豐富，已經形成一個專門的學科分支。 水箱水位控制系統的設計 5 2 水箱水位系統概述 在能源、化工等多個領域中普遍存在著各類液位控制系統液。各種控制方式在液位控制系統中也層出不窮，如較常用的浮子式、磁電式和接近開關式。而隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，規(guī)模的擴大，在工程中液位控制的計算機控制得到越來越多的應用。液位控制系統的檢測及計算機控制已成為工業(yè)生產自動化的一個重要方面。 本次課程設計一水箱水位系統為例，設計水箱水位系統的模擬控 制系統，對水箱水位控制系統進行建模設計。 水箱水位控制系統硬件設計 液位自動控制是通過控制投料閥來控制液位的高低，當傳感器檢測到液位設定值時，閥門關閉，防止物料溢出；當檢測液位低于設定值時，閥門打開，使液位上升，從而達到控制液位的目的。在制漿造紙工廠常見有兩種方式的液位控制：常壓容器和壓力容器的液位控制，例如漿池和蒸汽閃蒸罐。液位自動控制系統由液位變送器（或差壓變送器）、電動執(zhí)行機構和液位自動控制器構成。根據用戶需要也可采用控制泵啟?；蚋淖冸姍C頻率方式來進行液位控制。結構簡單，安裝方便，操作簡便直觀， 可以長期連續(xù)穩(wěn)定在無人監(jiān)控狀態(tài)下運行。 水箱水位控制系統的設計 6 有自平衡能力的單容元件 如果被控對象在擾動作用下偏離了原來的平衡狀態(tài)，在沒有外部干預的情況下（指沒有自動控制或人工控制參與），被控變量依靠被控對象內部的反饋機理，能自發(fā)達到新的平衡狀態(tài)，我們稱這類對象是有自平衡能力的被控對象。 具有自平衡能力的單容對象的傳遞函數為 () 這是個一階慣性環(huán)節(jié)。描述這類對象的參數是時間常數 T 和放大系數 K。 圖 單容水箱 圖 是單容水箱的示意圖。我們已經推導過水箱的傳遞函數為 其中 T=RC， C 為水箱的橫截面積， R 為輸出管道閥門的阻力。 T 稱為水箱的時間常數。 K 稱為水箱的放大系數。 一階系統的特性我們已經在時域分析中進行了詳細的討論，所有結論都適用于單容對象。作為過程控制的被控對象，單容對象的時間常數比較大。 電動機的數學模型 直流電動機的數學模型。直流電動機可以在較寬的速度范圍和負載范圍內得到連續(xù)和準確地控制，因此在控制工程中應用非常廣泛。直流電動機產生的力矩與磁通和電樞電流成正比，通過改變電樞電流或改變激磁電流都可以對電流電機水箱水位控制系統的設計 7 的力矩和轉速進行控制。在這種控制方 式中，激磁電流恒定，控制電壓加在電樞上，這是一種普遍采用的控制方式。設 為輸入的控制電壓 電樞電流 為電機產生的主動力矩 為電機軸的角速度 為電機的電感 為電樞導數的電阻 為電樞轉動中產生的反電勢 為電機和負載的轉動慣量 根據電路的克?；舴蚨ɡ? 整理后 式中： 稱為直流電動機的電氣時間常數； 稱為直流電動機的機電時間常數； , 為比例系數。直流電動機電樞繞組的電感比較小，一般情況下可以忽略不計，式（ ）可簡化為 減速器的傳遞函數 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。 減速器 在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用， 其傳遞函數如下： 水箱水位控制系統的設計 8 系統的傳遞函數 控制器，執(zhí)行機構、測量變送器都屬于自動化儀表，他們都是圍繞被控對象工作的。也就是說，一個過程控制的控制系統，是圍繞被控現象而組成的，被控對象是控制系統的主體。因此，對被控對象的動態(tài)特性 進行深入了解是過程控制的一個重要任務。只有深入了解被控對象的動態(tài)特性，了解他的內在規(guī)律，了解被控辯量在各種擾動下變化的情況，才能根據生產工藝的要求，為控制系統制定一個合理的動態(tài)性能指標，為控制系統的設計提供一個標準。性能指標頂的偏低，可能會對產品的質量、產量造成影響。性能指標頂的過高，可能會成不必要的投資和運行費用，甚至會影響到設備的壽命。性能指標確定后，設計出合理的控制方案，也離不開對被控動態(tài)特性的了解。不顧被控對象的特點，盲目進行設計，往往會導致設計的失敗。尤其是一些復雜控制方案的設計，不清楚被控對象的 特點根本就無法進行設計。有了正確的控制方案，控制系統中控制器，測量變送器、執(zhí)行器等儀表的選擇，必須已被控對象的特性為依據。在控制系統組成后，合適的控制參數的確定及控制系統的調整，也完全依賴與對被控對象動態(tài)特性的了解。由此可見，在控制工程中，了解被控制的對象是必須首先做好的一項工作。 寫出控制器、執(zhí)行結構、被控對象、反饋機構的傳遞函數，則系統的總傳遞函數為： )(sG = )()()()(1 )()()( sGsGsGsG sGsGsGhpvcpvc? 其中： )(sGc 為系統的控制器傳遞函數， )(sGv 為系統的執(zhí)行器傳遞函數， )(sGp為被控對象傳遞函數， )(sGh 為系統反饋裝置傳遞函數。 水箱水位控制系統的設計 9 控制器的確定 根據本次試驗，選擇被控對象電機的 數學模型為 )(sGp =)1(s 1?s，執(zhí)行機構的傳遞函數為 )(sGv =501 ，反饋系統的數學模型為 )(sGh = 2? 故確定當 240。%≤30%時，系統控制器的傳遞函數為 )(sGc = ）（ ? 故系統的傳遞函數為：)(sG = 234 2 ???? ?? ssss ss 系統的特征方程為： 234 ????? ssss 勞斯表為： 4s 25 50 3s 75 0 2s 23 0 1s 18 0 0s 顯然，勞斯表第一列系數符號相同，故系統是穩(wěn)定的。 控制器的正反作用 控制系統要能正常工作，必須有一個負反饋控制系統。為了保證這一點，必須正確選擇各環(huán)節(jié)的正反作用?？刂破鞯恼醋饔檬歉鶕豢刈兞康臏y量值和控制器輸出之間的關系確定的。被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，則控制器為正作用控 制器，并規(guī)定其穩(wěn)態(tài)放大系數 為負。被控對象的測量值增加時，控制器的輸出值減小，則控制器為反作用控制器，并規(guī)定器穩(wěn)態(tài)放大系數 為正。 被控對象的輸出與調節(jié)閥內的介質流量變化決定了被控對象的正反作用。介質流量增加，被控對象的輸出也增加，則被控對象為正作用，規(guī)定其放大系數 為正。介質流量增加時，被控對象