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水箱实验韩学昌20092541自动化0906
过程控制系统课程设计
设计题目:过程建模与控制系统设计
班 级:自动化0906
学 号
姓 名:韩学昌
指导教师:常玉清 梁岩
设计时间:5月7号——5月25号
摘 要
现在在大部分大型生产中都离不开过程控制,过程控制已在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用,它可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少,还可以提高效率,节省劳动力。所以对于过程控制的认识和应用,对其原理的掌握已显得尤为重要。本实验通过对水箱的液位控制模拟生产中过程控制系统的设计调节和应用。首先通过水箱液位控制系统对单双容水箱进水流量和液位高度进行建模,并设计控制器,主要是P、PI、PID控制器组成控制系统来对水箱液位进行控制,再通过MATLAB仿真,调节控制系统的参数,以达到理想的效果。本实验使用了反馈和前馈两种基本形式组成了单回路闭环反馈控制系统,双回路串级控制系统,前馈系统,并对不同的建模对象进行控制、调节,通过控制器的参数调节做出出尽量完美的控制效果,在参数调节过程中体现了参数调节的过程,模拟了实际生产中设计过程控制系统的过程。通过干扰对各系统的抗干扰能力进行了测试,以此总结并验证了各种控制系统实现的前提条件与各自的适用范围和优缺点。
通过本实验验证了过程控制中的多种控制系统的作用、特点和应用范围,说明了整个过程控制系统的提出,设计,调节,应用的大体过程。为实际的生产过程中的控制系统的应用提供了依据。
关键词:单闭环控制系统,串级控制系统,前馈控制。PID控制器
目 录
摘要…………………………………………………………………………………1
1、概述…………………………………………………………………………… 3
1.1水箱建模系统
1.2控制回路系统
2、课程设计任务及要求………………………………………………………… 4
2.1实验系统熟悉及过程建模
2.2实现单容水箱(上)液位的单回路控制系统设计
2.3实现双容水箱液位(上下水箱串联)的单回路控制系统设计
2.4实现水箱(上)液位与进水流量的串级控制系统设计
2.5实现副回路进水流量的前馈控制
3、实验系统熟悉及过程建模…………………………………………………… 7
4、实现单容水箱(上)液位的单回路控制系统设计…………………………16
5、实现双容水箱液位(上下水箱串联)的单回路控制系统设计……………20
6、实现水箱(上)液位与进水流量的串级控制系统设计……………………24
7、实现副回路进水流量的前馈控制……………………………………………29
8、参考文献………………………………………………………………………32
9、收获体会………………………………………………………………………33
1章 概述
1.1水箱建模系统
本实验的水箱进水流量和液位高度的建模过程过程由控制实验系统来完成。控制实验系统由实验装置和控制系统两部分组成,实验系统的总体网络结构如图1.1该系统集自动控制技术、计算机技术、仪表检测技术和通讯技术为一体。
图1.1
实验中控制系统回路的搭建由MATLAB仿真完成,有单回路单容、双容控制系统,双闭环串级控制系统,前馈控制系统,具体控制回路图见实验内容。
1.2控制回路系统
实验中控制系统回路的搭建由MATLAB仿真完成,有单回路单容、双容控制系统,双闭环串级控制系统,前馈控制系统,具体控制回路图见实验内容。
2章 实验任务及要求
2.1实验系统熟悉及过程建模
1、描述实验系统的总体结构(结构图及语言描述)。
2、利用实验建模方法建立进水流量和水箱(上)液位之间关系的数学模型。
要求:写出具体的建模步骤及结果,记录该对象的阶跃响应曲线(3种不同幅值的阶跃扰动)
3、利用实验建模方法建立副回路流量和水箱(上)液位之间关系的数学模型。
要求:写出具体的建模步骤及结果,记录该对象的阶跃响应曲线(3种不同幅值的阶跃扰动),分析一下(和(模型的区别。
4、利用实验建模方法建立双容水箱(上下串联)的进水流量(上水箱进水)和水箱(下)液位之间关系的数学模型。
要求:写出具体的建模步骤及结果,记录该对象的阶跃响应曲线(3种不同幅值的阶跃扰动)
2.2实现单容水箱(上)液位的单回路控制系统设计
1、画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义。说明该控制系统的控制依据和控制功能。
2、采用经验凑试法调节PID参数,使液位设定值发生阶跃变化时,控制系统达到满意的控制质量。
要求:在PID参数调试过程中,按控制质量从坏到好分别(P,PI,PID)记录6组以上的控
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