双容水箱液位控制 结题报告

《双容水箱液位控制 结题报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自动控制系统课程设计双容水箱系统——结题报告学校：北京工业大学学院：电控学院专业：自动化班级：组号：第五组组员：实验日期：指导教师：目录一、课程设计任务2二、被控对象的模型及分析2三、系统控制方案论证5四、控制结构与控制器设计步骤6五、实验过程论述8六、实验结果及分析10七、总结10八、附录11一、课程设计任务1、课程设计目的（1）掌握自动控制系统的分析与控制器设计方法。（2）掌握基于MATLAB的系统仿真方法（3）掌握基于实验方法确定系统模型参数的方法(4)掌握基于物理对象的控制系统的调试方法（5）培养编制技术总结报告的能力。2、被控对象:双容水箱系统3、性能指标要求衰减率4:

2、1～10:1,超调量Mp<10%，调节时间Ts<45s，稳态误差二、被控对象的模型及分析1双容水箱的数学模型双容水箱液位控制结构图如下图所示：图2-3双容水箱液位控制结构图设流量Q1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高度H2为输出量，根据物料动态平衡关系，并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为式中K=R4，T1=R2C1，T2=R4C2，R2、R4分别为阀V3和V4的液阻，C1和C2分别为左水箱和右水箱的容量系数。式中的K、T1和T2可由实验求得的阶跃响应曲线求出。具体的做法是在下图所示的阶跃响应曲线上取：1）、h2（t）稳态值的渐近线h2(∞)；图2-4阶跃响应曲线2）、h2

3、（t）

4、t=t1=0.4h2(∞)时曲线上的点A和对应的时间t1；3）、h2（t）

5、t=t2=0.8h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t2。然后，利用下面的近似公式计算式1-6中的参数K、T1和T2。其中：对于式（1-6）所示的二阶过程，0.32

6、水箱系统的等效传函是个二阶惯性环节，从图上可以看出水箱系统的滞后包括两个部分，一部分是由于传输延时造成的纯滞后，另一部分是有水箱自身的容量滞后。由于系统是二阶惯性环节，所以开环曲线呈“s”型。三、系统控制方案论证1、选用的控制方法：PID控制方法2、控制方法简介PID控制器各控制规律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能较快克服扰动，使系统稳定下来。但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（2）积分控制（I）：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误

7、差，则称此控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积分项对误差的累积取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会越大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。但是过大的积分速度会降低系统的稳定程度，出现发散的振荡过程。比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）微分控制（D）：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作

8、用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。初步采取的方案:副回路：比例控制PID主回路：比例积分控制PID四、控制结构与控制器设计步骤1、控制结构：串级控制系统2、控制器的设计：逐步逼近法逐步逼近法是先副后主，逐步逼近。具体步骤为：先断开主回路，整定副控制器。后闭合主回路，整定主控制器。重新调整副控制器参数。若未达到控制要求，再调整主控制器参数。以上3、4步骤循环进行，直到满足控制指标为止。对于不同的控制系统和不同的品质指标要求，逐步逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多。仿真及PID参数调节：

9、副回路整定参数：P：35I：1.2D：15技术指标：Mp=5%Ts：45sEss=0主回路整定参数：P：30I：0.18D：40技术指标：Mp=9%Ts：25sEss=0五、实验过程论述在课设的开始阶段，我们先熟悉了一下实验所用到的仪器及软件，并对实验过程和目的进行了一番学习及了解。　接下来我们便进入到了对单/双容水箱的特性测试，也就是对变送器的调试，由于主副回路变送器的滑变总是自动跳数，所以导致我们组花了很长的时间去确定零点电压及线性关系。最后主副回路零点电压基本分别稳定在了1