双容水箱报告.doc

沈阳航空航天大学 自动化专业技能训练 （课程设计报告） 题目 双容水箱的PID液位控制（2） 班 级 学 号 2011040702072 学 生 姓 名 孙嘉壮 指 导 教 师 刘 洋 沈阳航空航天大学 课 程 设 计 任 务 书 课 程 名 称 自动化专业技能训练 院（系） 自动化学院 专业 自 动 化 班级 学号 2011040702072 学生姓名 孙嘉壮 课程设计题目 双容水箱的PID液位控制(2) 课程设计时间 2014 年 12 月 29 日至 2014 年 1 月 16 日 课程设计内容及要求： 双溶水箱的控制系统图所示 主要内容如下 （1）根据物料平衡原理，建立双容水箱的数学模型； （2）在MATLAB\Simulink实现仿真； （3）设计PID控制器，控制下水箱液位，尽量满足稳定、准确和快速的要求； （4）在实验室双溶水箱实验台进行验证演示。 课程设计主要要求有： （1）掌握经典控制理论中PID控制算法； （2）用MATLAB的Simulink进行仿真； （3）分析P, I, D对系统的时域性能的影响； （4）整理程序设计文档、按照课程设计要求撰写课程设计报告。 指导教师 年 月 日 负责教师 年 月 日 学生签字 年 月 日  双容水箱的PID液位控制（2） 孙嘉壮 沈阳航空PID控制器，控制双容水箱的下水箱液位，尽量满足稳定、准确和快速的要求。首先需要建立数学模型，然后在Matlab/Simulink进行仿真，最后将几组PID值输入到实际的双容水箱控制系统，以验证PID控制器。通过不同组P、I、DP, I, D对系统的时域性能的影响。 关键词：；Simulink；PID方案 Simulink进行仿真，以PID控制算法作为双容水箱液位控制系统的控制核心，来实现对系统的检测和控制。本方案充分利用了Matlab图形绘制与数据分析的强大功能。Simulink程序把接收数据与给定值做差值，用PID算出输出值返回给下位机对调节阀进行控制。最后通过调试得到理想波形。Simulink仿真图如图1所示： 图1 Simulink仿真图 该仿真系统用PID算出输出值返回给下位，然后对调节阀进行控制。 双容水箱PID液位控制的数学模型建立过程 2.1 双容水箱结构： 双容水箱结构图2所示： h1 水流入量Qi由调节阀u（FV101）控制，流出量Qo通过负载阀来改变，被调量为下水箱水位h2，分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 参数：对该种型号的水箱，在某一平衡点附近，建立其线性化模型，其中各参数分别为：T1=80s，T2=80s，K1=KuR1=1，K2=R2/R1=1。 。 2.2双容水箱系统分析 两容器的流出阀均为手动阀门，流量Q1只与容器1的液位h1有关，与容器2的液位h2无关。容器2的液位也不会影响容器1的液位，两容器无相互影响。 由于两容器的流出阀均为手动阀门，故有非线性方程： （1） （2） 过程的原始数据模型为： （3） 令容器1、容器2相应的线性水阻分别为R1和R2： (4)