最新基于matlab液位控制系統(tǒng)研究與設(shè)計張榮-資料下載頁
2025-06-19 13:33本頁面
【正文】 動f2(t)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器執(zhí)行器副對象主對象測量與 變送器2測量與 變送器1(1) 被控參數(shù)的選擇 應(yīng)選擇被控過程中能直接反映生產(chǎn)過程能夠中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)。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)，因為下水箱的液位是整個控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。如果其調(diào)節(jié)欠妥當(dāng)，會造成整個系統(tǒng)控制設(shè)計的失敗,且現(xiàn)在對于液位的測量有成熟的技術(shù)和設(shè)備，包括直讀式液位計、浮力式液位計、靜壓式液位計、電磁式液位計、超聲波式液位計等。(2) 控制參數(shù)的選擇從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。調(diào)節(jié)這兩個流量都可以改變液位的高低。但當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥突然斷電關(guān)斷時，后一種控制方式會造成長流水，導(dǎo)致水箱中水過多溢出，造成浪費或事故。所以選擇流入系統(tǒng)的流量作為控制參數(shù)更合理一些。(3) 主副回路設(shè)計為了實現(xiàn)液位串級控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。副回路應(yīng)對于包含在其內(nèi)的二次擾動以及非線性參數(shù)、較大負(fù)荷變化有很強的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力。主副回路時間常數(shù)之比應(yīng)在3到10之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過程特性。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)計的核心問題，所以選擇主對象為下水箱，副對象為上水箱。 (4) 控制器的選擇根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。為了實現(xiàn)液位串級控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，主調(diào)節(jié)器選擇比例積分微分控制規(guī)律(PID)，對下水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器選擇比例控制率(P)，對上水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并輔助主調(diào)節(jié)器對于系統(tǒng)進(jìn)行控制，整個回路構(gòu)成雙環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)仿真通過MATLAB中的SIMULINK工具箱可以動態(tài)的模擬所的構(gòu)造系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，以控制框圖代替了程序的編寫，只需要選擇合適仿真設(shè)備，添加傳遞函數(shù)，設(shè)置仿真參數(shù)。下面根據(jù)前文的水箱模型傳遞函數(shù)對串級控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以模擬實際中的階躍響應(yīng)曲線，考察串級系統(tǒng)的設(shè)計方案是否合理。1. 階躍響應(yīng)性能 SIMULINK仿真框圖通過手動切換開關(guān)（Manual Switch）可以實現(xiàn)副回路的引入與切除，以了解副回路對控制性能的影響,比較串級控制和非串級控制對雙容水箱液位的控制能力。在時間為0時對系統(tǒng)加入大小為30的階躍信號，設(shè)置主控制器PID參數(shù)KP=60 TI=50 TD=3 。副控制器P參數(shù)為KP=50，在初始點加40點階躍輸入量觀察階躍響應(yīng)曲線。 MATLAB加入副回路仿真曲線圖 MATLAB不加入副回路仿真曲線：.，引入副回路組成雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)后動態(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，對被控對象的調(diào)節(jié)能力更強。 2．抗擾動能力維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線. 在400s經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動信號?？刂破鲄?shù)不變。 SIMULINK仿真框圖 MATLAB加入副回路仿真曲線 MATLAB不加入副回路仿真曲線：.，引入副回路組成雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)后能夠很好的克服進(jìn)入副回路的擾動,。綜上所述,、抗擾動能力等方面與非串級控制系統(tǒng)是較為有效的。,不可能得到與計算機仿真一致的理想曲線和控制性能。四．結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計，我將書本上學(xué)過的知識（自動控制原理、過程控制原理、微機控制技術(shù)等）應(yīng)用于實際控制系統(tǒng)的組建之中，在實驗室中完成了儀表過程控制系統(tǒng)和計算機過程控制系統(tǒng)的組建,實現(xiàn)了對雙容水箱液位的串級控制。在實際的工程實踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識，掌握了實際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R與實際設(shè)計聯(lián)系起來，使對自動控制的理解上升到一個新的臺階。在設(shè)計中使用了MATLAB軟件，利用這個軟件可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。特別是利用SIMULINK工具箱可以便捷地對不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過對PID控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對在設(shè)計控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題在計算機中進(jìn)行模擬，使對系統(tǒng)的設(shè)計方案更加明確。在實際控制系統(tǒng)的組建中，控制方案的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心，一個好的設(shè)計方案能夠使系統(tǒng)的設(shè)計事半功倍，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控過程的特性和工程要求綜合設(shè)計系統(tǒng)。對于設(shè)計的兩種控制系統(tǒng)，可以做進(jìn)一步的改進(jìn)。在設(shè)計方案方面，由于是通過控制電動調(diào)節(jié)閥的開度以改變水箱液位，可以增加輸入的水流量作為控制對象，使得對調(diào)節(jié)閥的控制更加直接。同時上下水箱間的輸水閥和下水箱與總出水箱輸水閥的開度大小也會對液位的控制造成影響，應(yīng)當(dāng)考慮如何對他們進(jìn)行控制。在硬件設(shè)備方面，可以使用采集速度更快的儀表，加強控制器的調(diào)節(jié)能力，改善電動調(diào)節(jié)閥的工作性能。在條件允許的情況下，采用更高精度的采集模塊。在控制器方面，可以對控制方法進(jìn)行改善，雖然電動調(diào)節(jié)閥的控制信號是位置信號，但調(diào)節(jié)閥動作仍是通過控制電機改變閥位，可考慮能否采用增量算法直接控制電機，克服位置算法中因需要累加偏差而造成執(zhí)行機構(gòu)動作過大的缺點。在實際的工作崗位上，將要設(shè)計不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場的過程控制系統(tǒng)不同于實驗室中的控制系統(tǒng)的設(shè)計，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際情況進(jìn)行設(shè)計，將面臨遠(yuǎn)比實驗室復(fù)雜的多的現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計系統(tǒng)未必是最先進(jìn)的、最現(xiàn)代化，但必須是有效、可行、可靠。五．參考文獻(xiàn) 《自動控制原理》 科學(xué)出版社 《MATLAB實用教程》 《過程控制》 《先進(jìn)PID控制及MALAB仿真》 《應(yīng)用MATLAB建模與仿真》科學(xué)出版社 2001指 導(dǎo) 教 師 評 語指導(dǎo)教師針對論文的答辯意向： □ 參加答辯 □ 不參加答辯 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計）成績成績等次優(yōu)秀良好中等及格不及格評定等次畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯情況提問問題：1.2.3．對答辯學(xué)生回答的評語：23
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