計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)論文課件

1、雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)：電自09101班答 辯 人：黃坤鋒指導(dǎo)教師：張麗杰內(nèi)容安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)一 、研究背景及意義二、水箱建模與PID整定理論三、單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)五、結(jié)論一、研究背景及意義 雙容水箱是較為典型的非線性、時(shí)延對(duì)象，工業(yè)上許多被控對(duì)象的整體或局部都可以抽象成雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表性，有較強(qiáng)的工業(yè)背景，對(duì)雙容水箱數(shù)學(xué)模型的建立是非常有意義的。同時(shí)，雙容水箱的數(shù)學(xué)建模以及控制策略的研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導(dǎo)意義，例如工業(yè)鍋爐、結(jié)晶器液位控制。而且，雙容水箱的控制可以作為研究更為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的理論性，屬

2、于應(yīng)用基礎(chǔ)研究。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)水箱液位控制系統(tǒng)的構(gòu)成水箱液位控制系統(tǒng)AE2000B由水箱體，水位檢測(cè)元件（壓力傳感器）、水泵、數(shù)據(jù)采集模塊及上位工控機(jī)(內(nèi)有PCI總線插槽)構(gòu)成，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和變送和執(zhí)行的元件包括液位傳感器、渦輪流量計(jì)、壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成。圖中的兩個(gè)玻璃容器、通過(guò)連接閥門依次連接。玻璃容器通過(guò)泄水閥門可以排出容器里的水，供水泵循環(huán)使用，水泵抽出的水通過(guò)進(jìn)水閥門 進(jìn)入容器，這樣就構(gòu)成了一個(gè)封閉的回路。兩個(gè)玻璃容器上各裝有一個(gè)液位壓力傳感器作為測(cè)量元件，用來(lái)讀出容器的實(shí)時(shí)液位值。進(jìn)水閥門通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制其開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入容器水量的大小。二、水箱建模與PID整定理論雙容

3、水箱系統(tǒng)構(gòu)成圖安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)液位壓力傳感器將容器中的水位值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)傳到數(shù)據(jù)采集模塊，又由數(shù)據(jù)采集模塊傳給上位機(jī)，為各種控制算法提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)的處理，生成恰當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，也需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡給到步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)一步控制閥門的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制算法的模擬和檢驗(yàn)。二、水箱建模與PID整定理論安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)雙容水箱控制如上圖所示，是兩個(gè)串聯(lián)在一起的水箱，水先進(jìn)入水箱A,然后再通入水箱B,然后再?gòu)乃銪流出。水流入量由變頻控制泵控制，流出量由用戶控制。水箱A： 水箱B : 其對(duì)應(yīng)的拉式變化為: 二、水箱建模與PID整定理論在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制變

4、量：水流量Q；被控參數(shù)：下水箱液位；控制器：PID； 執(zhí)行器：控制閥；控制對(duì)象特性：（上水箱傳遞函數(shù)）下水箱傳遞函數(shù)下水箱傳遞函數(shù) 三、單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 用衰減曲線法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID參數(shù)整定 衰減比為10：1安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)以上面的參數(shù)為參照，改變PID的參數(shù)，最終得出控制效果較好的仿真圖調(diào)節(jié)時(shí)間 Ts=9s超調(diào)量 =4%穩(wěn)態(tài)誤差 Ess=7.6可見(jiàn)穩(wěn)態(tài)誤差不符合設(shè)計(jì)的要求三、單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)未加校正的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖對(duì)上面框圖進(jìn)行仿真得出下圖 可以看出此圖各項(xiàng)指標(biāo)并不符合設(shè)計(jì)要求四、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)加入調(diào)節(jié)模塊的串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)主回路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，對(duì)副回路只進(jìn)行P調(diào)節(jié)然后進(jìn)行主副回路參數(shù)整定四、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)驗(yàn)證得出較理想的仿真圖如下調(diào)節(jié)時(shí)間 Ts=7s超調(diào)量 =3%穩(wěn)態(tài)誤差 Ess=0可見(jiàn)各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求四、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 串級(jí)PID控制的設(shè)計(jì)方案完成對(duì)水箱液位的控制調(diào)節(jié)是可行的。而且在改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、抗擾動(dòng)能力等方面與非串級(jí)控制系統(tǒng)是較為有效的。之前整定出的主副控制器PID參數(shù)值也是合適可用的。但是仿真曲線只是在計(jì)算機(jī)上通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)仿真得到的較理想的模擬曲線。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)