【正文】 水箱液位控制系統(tǒng)是一個(gè)簡單控制系統(tǒng)，所謂簡單液位控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)被控對象、一個(gè)檢測變送單元（檢測元件及變送器）、以個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，也稱為單回路控制系統(tǒng)。寫出前饋控制器參數(shù)的調(diào)試步驟，記錄與其對應(yīng)的6組以上的控制系統(tǒng)過渡過程（包括：過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），充分反映你的參數(shù)調(diào)試過程。?試求解前饋控制器的模型。?打開副回路進(jìn)水閥（較大幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對應(yīng)的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）；并和（1）中?的控制質(zhì)量進(jìn)行對比，分析并說明控制質(zhì)量變化的原因。?在設(shè)定值發(fā)生階躍變化（設(shè)定值階躍增大及設(shè)定值階躍減小）時(shí)，觀察并記錄控制系統(tǒng)的過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）。要求寫出調(diào)試控制器參數(shù)的具體步驟。（上）液位與進(jìn)水流量的串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?畫出此串級控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖，詳細(xì)說明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對應(yīng)的物理意義；說明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能；分析該控制系統(tǒng)和液位單回路控制系統(tǒng)相比有哪些變化，這些變化會(huì)使得該系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢。?控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開旁路干擾閥（3種開度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對應(yīng)的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。?采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。詳細(xì)說明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對應(yīng)的物理意義。?打開副回路進(jìn)水閥（3種開度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對應(yīng)的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。要求在PID參數(shù)調(diào)試過程中，按控制質(zhì)量從壞到好分別（P，PI，PID）記錄6組以上的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），并說明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握PID控制作用對控制質(zhì)量的影響。說明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）（上）液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?畫出此單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）?利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立副回路流量和水箱（上）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果。2．課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過程建模?描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)圖及語言描述）。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們用到了wincc軟件，調(diào)節(jié)閥，傳感器，PLC等原件，使得我們對于工廠的一些基礎(chǔ)設(shè)備有了一定了解。 8 8 8 利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和主管道流量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。通過這次課程設(shè)計(jì)加深我們對《自動(dòng)控制原理》、《過程控制系統(tǒng)及儀表》等科目的理解。最后通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，加深了對雙容水箱滯后過程以及串級水箱液位過程和前饋控制系統(tǒng)的理解，對工業(yè)控制工程中對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程有了一定的認(rèn)識。首先測取被控液位高度過程的圖像，建立了主回路的進(jìn)水流量和主管道流量、進(jìn)水流量和水箱（上）液位高度、副回路進(jìn)水流量和水箱（上）液位、雙容水箱的進(jìn)水流量和水箱（下）液位之間的數(shù)學(xué)模型，從而加強(qiáng)了對液位控制系統(tǒng)的了解。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我們主要是設(shè)計(jì)一個(gè)水箱液位控制系統(tǒng)，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、PID 參數(shù)整定、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識。課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：水箱液位控制系統(tǒng)班 級：自動(dòng)化0901班學(xué) 號：20092395姓 名：郝萬福指導(dǎo)教師：王姝 梁巖 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年5月7號5月25號摘 要在人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題, 例如居民生活用水的供應(yīng), 飲料、食品加工等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要維持合適的高度, 既不能太滿 溢出造成浪費(fèi), 也不能過少而無法滿足需求。因此液面高度是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制， 能收到很好的效果。通過將電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)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。然后，通過參數(shù)試湊法對PID參數(shù)的調(diào)試，使上述的模型能快速的達(dá)到穩(wěn)定并且超調(diào)量和余差等滿足設(shè)計(jì)要求。在PID參數(shù)整定過程中，我對比例控制，積分控制，微分控制的作用、效果以及調(diào)試方法有了一定了解。 關(guān)鍵詞：水箱液位控制 PID參數(shù)整定 串級控制 前饋控制 MATLAB仿真目錄1．概述 4 2．課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過程建模 5 （上）液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 （上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 （上）液位與進(jìn)水流量的串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 7 3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)熟悉及過程建模 8 描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)圖及語言描述）。 9 進(jìn)水流量和上水箱液位模型 11 副回路流量與上水箱液位數(shù)學(xué)模型 12 14 4 單容水箱液位的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 結(jié)構(gòu)原理 16 單容水箱控制器PID參數(shù)整定 17 旁路階躍干擾響應(yīng)曲線 19 副回路進(jìn)水階躍干擾響應(yīng)曲線 20 干擾頻繁劇烈變化的解決辦法 20 （上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 （上）液位與進(jìn)水流量的串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 33 36 1．概述本次課程設(shè)計(jì)，是讓我們應(yīng)用自控控制原理和過程控制理論知識來設(shè)計(jì)水箱液位控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中，我們通過手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)使液位保持平衡，以及通過經(jīng)驗(yàn)湊試法來調(diào)節(jié)PID參數(shù)，這使得我們對于自動(dòng)控制原理和過程控制系統(tǒng)及儀表課本加深理解，對工業(yè)生產(chǎn)中的液位控制有了一定了解，同時(shí)也學(xué)以致用，不再局限于書本的知識，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力和小組合作精神。?利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和主管道流量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。?利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立進(jìn)水流量和水箱（上）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。要求寫出具體的建模步驟及結(jié)果，記錄該對象的階躍響應(yīng)曲線（2種不同幅值的階躍擾動(dòng)）⑤利用實(shí)驗(yàn)建模方法建立雙容水箱（上下串聯(lián)）的進(jìn)水流量（上水箱進(jìn)水）和水箱（下）液位之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)說明控制系統(tǒng)方框圖中的各部分環(huán)節(jié)所對應(yīng)的物理意義。?采用經(jīng)驗(yàn)湊試法調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使液位設(shè)定值發(fā)生階躍變化時(shí)，控制系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制質(zhì)量。?控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，打開旁路干擾閥（3種開度模擬3種不同幅值的階躍擾動(dòng)），記錄與其對應(yīng)的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)）（注意：在這種情況下，不要去調(diào)整PID參數(shù)）。（上下水箱串聯(lián)）的單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?畫出此單回路控制系統(tǒng)的控制原理圖及方框圖。說明該控制系統(tǒng)的控制依據(jù)和控制功能。要求在PID參數(shù)調(diào)試過程中，按控制質(zhì)量從壞到好分別（P，PI，PID）記錄6組以上的控制系統(tǒng)過渡過程（過渡過程曲線，控制質(zhì)量指標(biāo)），并說明你做參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整的原因，進(jìn)而掌握PID控制作用對控制質(zhì)量的影響。?打開副回路進(jìn)水閥（3種開度模擬3種不同幅