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1、华北水利水电大学课程 设 计题目双溶液位计算机控制系统学院电力学院专业自动化姓名学号指导教师完成时间目录摘要1第1 章 生产工艺和控制原理介绍31.1 生产工艺和控制原理介绍31.1.1 PID 控制算法31.1.2 PID 控制器控制规律31.1.3 PID 参数的整定方法41.2 积分分离 PID 控制算法5第2 章 相关参数及仪表选择72.1 检测,变送装置72.2 控制器9第 3 章 控制方框图及控制系统流程图 103.1 控制系统方框图103.2 控制系统流程图11第 4 章 仿真模型 , 仿真程序 , 仿真结果 124.1 被控参数的整定124.1.1 广义对象的传递函数124.1
2、.2 等效一阶纯滞后系统134.1.3 控制参数的整定144.2 仿真程序设计154.3 仿真结果及分析17第5 章 总结与展望20第 6 章 心得体会 22致谢22双容液位计算机控制系统摘要随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化控制水平、工业产品和服务产品质量的要求也越 来高。每一个先进、实用控制算法对工业生产具有积极有效的推动作用。本设计设计的课题是双容水箱的 PID 液位控制系统的仿真。在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。本文的主要内容包括：对水 箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了控制系统，针 对所选液位控制系统选择数字积分分
3、离PID算法。用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，调节器采用 PID 控制系统。通过仿真参数整定及各个参数的控制性能，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变 化对系统性能的影响。关键词： 双溶液位 MATLAB 数字积分分离 PIDDouble capacity level computer control systemABSTRACTWith the rapid developme nt of in dustrial producti on, the producti on process automati on control level, industrial produ
4、cts and services to the requirements of the products quality is also high. Every adva need and practical con trol algorithm has a positive and effective role for in dustrial producti on. This desig n desig n subject is doubleletwater tank liquid level of the PID con trol system simulati on .In the d
5、esig n, mai nly for double let water tank is studied and simulated. The main content of this paper include: determine the characteristic of the tank with the experimental curve analysis, through the experimental method to establish the mathematical model of water level con trol system, desig ned the
6、 con trol system, to choose the selected level con trol system digital in tegral separati on PID algorithm. MATLAB/Simulink to establish a liquid level control system, the controller USES the PID control system. Through simulation parameter setting and control performance of the various parameters,
7、the simulation curves are obtained by analysis, summarizes the parameters effect the performa nce of the system.Keywords: Double capacitylevel MATLABDigital integral separation PID第 1 章 生产工艺和控制原理介绍1.1 生产工艺与控制原理介绍双容水箱液位控制系统是采用先进的PID控制算法完成对过程液位的控制的控制系统。在 工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油、化工、环保、水处理、冶 金等行业尤为重
8、要。在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测 量和控制，本设计中充分利用了自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术, 以实现对水箱液位的串级控制。本系统通过PLC编程等方式实现对液位的串级PID控制。当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。 测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和调节控制系统的响应。反馈理论及其在自动 控制中应用的关键是：做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。在过去的十几年里，PID控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理 论和技术飞速发展的今天，在工业
9、过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构，而且许多高级控制 都是以 PID 控制为基础的。常规PID控制系统原理如图3.1所示。这是一个典型的单位负反馈控制系统，它由PID控制器和被 控对象组成。比例Py(t)r(t)积分I+微分D被控对象图 3.1 PID 控制系统原理图PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值e(t)构成 偏差 e(t)= r(t)-c(t)1.1.1 PID 控制算法控制规律对应模拟 PID 的传递函数U (t )= Kp e (t)+ / e (i)+ Td 空丄Tidt1-0 G(s) = 7(7)= Ja+rr时，采用PD控制；当e(k)
10、r时，采用PID控制。积分分离阀值r应根据具体对象及控制要求。若r值过大时,则达不到积分分离的目的： 若r值过小，则一旦被控量y (t)无法跳出积分分离区，只进行PD控制，将会出现残差， 为了实现积分分离，编写程序时必须从数字 PID 差分方程式中分离出积分项，进行特殊处 理。在计算机控制系统中，为实现数字控制，必须对模拟 PID 控制算法进行离散化处理。用 数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，设系统的采样周期为T,在T=kt时刻进行 采样，(fe(t)Ck -1)dlT式中e(k):根据本次采样值所得到的偏差；e(k-1)由上次所得到的偏差;T 为采样周期； K 为采样序列号 由以上得
11、；式中 T 为采样时间；0为积分项的开关系数;e(k) rr 值的确定要根据实际系统及控制要求获得。若 r 值过大时，则达不到积分分离的目 的，若r值过小时，贝V旦被控量y (t)无法跳出积分分离区，只进行PD控制，将会出现 余差。第2章 相关参数及仪表选择由测量仪器和传感器的选型原则：（1）可靠性原则。（2）实用性原则。（3）先进性原则。图 2-1 双容液位计算机控制系统液位变送器数/模转换模块2.1检测、变送装置采用工业用的 BP800 型扩散硅压力变送器对水箱液位变化进行测量，含不锈钢隔离模片， 同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。当水箱中注水导致液位变化时，BP800 压力变送器对被控过程中的流体压力进行测量,过程压力通过压力传感器将压力信号转换成 电信号,经差分放大器、输出放大器放大后,再经过 V/A 转换器,转换为与输入压力成线性对应 关系的标准电流输出信号。表 2-1 压力变送器技术指标被测介质：液体机械保护：IP65测量范围：-lOOKPalOOMPa防爆等级：
