在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计Word格式文档下载.docx

在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计Word格式文档下载.docx

《在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计Word格式文档下载.docx（3页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

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;

MATLAB

1.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。

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CAD[M].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.