在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计Word格式文档下载.docx

1、最后，完成控制系统实验和结果分析。【关键词】液位;串级控制系统;MATLAB1. 引言在工业实际生产中，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。通过液位的检测与控制，了解容器中的原料半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制

2、系统在工业生产中有着重要的实际意义1。在液位串级控制系统的设计中将以THJ-2 高级过程控制实验系统为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。虽然是采用传统的串级 PID 控制的方法， 但是将利用智能调节仪表、数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建， 努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。2. 串级控制系统设计思想2.1 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题2。2.2 副回路的设计由于副回路是

3、随动系统，对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。归纳如下。（1） 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。（2） 将更多的扰动包括在副回路中。（3） 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。（4） 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。（5） 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。在这里要注意（2）和（3）存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这

4、就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾（2）和（3）的综合3。3. 串级液位控制系统的仿真在本双容控制系统中，主被控对象的数学模型为，副被控对象的数学模型为， 并采用 PI 控制规律对该系统进行仿真和研究4。副控制器采用 P 作用，主控制器采用 PID 作用，整定串级控制器的参数为最佳值。串级液位控制系统的阶跃响应曲线如图 3.1 所示。KP=0.45，Ki=0.00005图 3.2 串级液位控制系统的阶跃响应曲线对于串级液位控制系统，系统稳定运行大约 900s 后，突加幅值为设定值 40%的一次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如图所示。系统的调节时间大约为 260s

5、。KP=0.45，Ki=0.015图 3.4 扰动信号单独作用下的输出曲线4. 结论从串级回路系统阶跃响应、一次、二次扰动作用下的输出响应图中可以看出， 采用串级控制且系统的阶跃响应达到要求时，系统对一次扰动、二次扰动的抑制也能达到很好的效果。图 3.5 设定值与扰动值同时作用下的输出曲线但是值得注意的是，串级控制系统比单回路控制系统复杂，所用仪表也较多， 费用增加，参数整定和调试也费时。所以，串级控制系统并没有必要去取代所有的单回路控制系统，应用时遵循一个原则：凡是使用单回路控制系统能够满足过程控制要求时，就没有必要再采用串级控制系统5。参考文献1 张晓华.控制系统数字仿真与 CADM.北京：机械工业出版社，2010.2 黄忠霖，黄京.控制系统 MATLAB 计算及仿真M.国防工业出版社，2009.3 党林立，孙晓群.数学建模简明教程M.西安电子科技大学出版社，2009.4 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计M.机械工业出版社，2009.5 曹梦龙，安世奇.控制系统计算机仿真技术M.化学工业出版社，2009.