水箱液位控制开题报告.doc

毕业设计开题报告 设 计 题 目: 基于组态软件的双容水箱液位监控系统设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械13班 学 生 姓 名: XXXX 导 师 姓 名: xxxxx 开 题 时 间: 2013年3月15日 1课题研究目的和意义 人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程， 通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。 因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。因此液位是工业控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果。通过进行了多次的实验得出了一些相关的数据，水箱液位的设计应用非常广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。 由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修正运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。 比例、积分、微分( proportion integration differentation, PID) 控制是迄今为止最通用的控制方法, 大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。由于过程控制系统执行机构的复杂性及变量间的关联性和非线性等原因, 找到一组适合整个系统大范围控制的合适的PID 参数相当困难, 对要求控制范围宽、响应快且连续可调系统PID 就显得力不从心。模糊控制与PID 控制相结合则显示了巨大的优越性, 不但具有PID 控制精度高等优点, 又兼有模糊控制灵活、适应性强的优点, 对复杂控制系统和要求高精度的伺服系统可获得优良的控制效果, 是近年来控制领域十分活跃的一支分支。 2文献综述 2.1 研究现状 水箱液位控制系统是整机设计的重要部分，一般应用在船舶、发电站、污水净化站、蓄水库等需要监控液位的地方，目前并没有相关文献规范液位控制系统的设计方法，只是依靠以往的经验理论进行设计工作。船舶上用到的多输入/输出的液位控制系统是一个非线性系统，常存在容积延迟时间长、抗干扰能力差的现象。运用滑模控制算法、并用组态王(Kingview)编制了上位机控制界面和算法程序，组件接近于实际的控制系统。通过在线运行，获得滑模变结构控制自适应能力强，动态、静态品质优良，鲁棒性好等优点，有效地解决了类似系统难于控制的问题。对液位控制系统，一般是在工作点附近线性化后再加以控制的。控制方法有PID控制、基于线性模型的模糊控制、人工神经网络等等。针对双容水箱普遍存在容积延迟问题和传统PID单回路控制难于达到控制要求的特点，提出了基于串级技术和PLC控制器的双容液位控制系统。系统根据双容水箱的数学模型，采用微分现行的串级控制技术、PLC控制器、MCGS软件组态实现了双容液位的高精度控制盒实时显示。 2.2 课题介绍 液位对象一般具有时变、非线性、大惯性的特点，其控制系统一般采用常规PID控制，但由于参数固定，PID控制难以保证系统适应工作条件的变化。文献[7]通过机理建模法建立了三容水箱的数学模型，设计了基于模糊控制原理的PID参数自整定控制器，仿真结果表明该方法能极大地改善系统的动态和静态性能。文献[8]提出了一种改进的三容水箱单神经元自适应PID控制方法。该方法具有自学习和自适应能力，以及较强的鲁棒性。仿真结果表明该方法对三容水箱这种复杂对象具有良好的控制效果。 文献[7-8]均采用了智能控制方法对液位进行控制，但只停留在仿真阶段，没有用于实际控制系统。文献[9-10]设计了模糊PID控制器并用于三容液位的实际控制中，改善了系统的性能。但文献[9-10]分别采用MCGS组态软件和VC