单容水箱液位控制系统方案设计书计算机课设.docVIP

辽 宁 工 业 大 学 微型计算机控制技术 课程设计（论文） 题目：单容水箱液位控制系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级：自动化074 学 号：070302120 学生姓名： 俞洁华 指导教师： （签字） 起止时间：2010.12.15—2010.12.24 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号 070302120 学生姓名 俞洁华 专业班级 074 课程设计 题目 单容水箱液位控制系统设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能 以单片机为控制核心，加上相应的输入输出通道，采用常规PID控制算法，将液位控制在规定范围内，并要求实时显示当前液位值。 设计任务及要求 1、确定系统设计方案，包括单片机的选择，输入输出通道，键盘显示电路； 2、建立被控对象的数学模型； 3、推导PID控制算式，设计PID算法的程序流程图或程序清单； 4、仿真研究，验证设计结果。 5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。 技术参数 液位控制范围：10～100cm 误差：±5cm 三位LED显示液位高度 进度计划 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天） 被控对象建模（1天） 算法推导，程序设计（3天） 仿真研究（2天） 撰写、打印设计说明书（2天） 答辩（1天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 摘 要 本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法，并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了基于单片机编程语言的PID液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID参数，利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。 系统由进出水阀门，单片机，A/D转换器，D/A转换器，传感器，显示电路和键盘电路等组成。整个过程保持进水阀的开度比例不变，由传感器检测电路连续不断地相应液位值，送入A/D转换器中处理，输出的数字量送给单片机，控制显示电路实时显示实际液位值，由键盘输入设定值，控制器比较其值控制出水阀门的开度比例，以保持液位稳定在要求范围内。 关键词：水箱建模，液位控制，PID算法，增量式PID 目 录 第1章 绪论 1 第2章 课程设计的方案 2 2.1 概述 2 2.2 系统组成总体结构 2 第3章 硬件设计 3 3.1 单片机最小系统设计 3 3.2 传感器模块 3 3.3 A/D转换和D/A转换模块 3 3.4 键盘模块 3 3.5 显示模块 4 第4章 软件设计 5 4.1 PID算法 5 4.2 位置式PID控制系统 6 4.3 增量型PID控制算法 8 4.4 PID计算 10 4.5 主程序控制流程 11 4.6 显示部分 12 第5章 系统测试与分析/实验数据及分析 13 5.1 MATLAB程序 13 5.2 MATLAB成象曲线 13 第6章 课程设计总结 14 参考文献 15 附录：系统硬件原理图 16 绪论 过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。 液位控制是工业中创建的过程控制，它对生产的影响不容忽视。但荣液位控制系统具有非线性、滞后、耦合等特征，能够很好地模拟工业过程特征。对于液位控制系统，常规的PID控制由于采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件的变化，得不到理想效果。 在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，