串级控制系统及其在水位水箱控制中的应用2006年西安电专毕业设计论文.doc

西安电力高等专科学校 动力系2003届毕业设计论文 题目：串级控制系统及其在水位水箱控制中的应用 姓 名：马强 指导教师：雷鸣雳 专 业：热工检测及控制技术 班 级：23031 完成时间：2006年6月18日 串级控制系统极其在水位水箱中控制中的应用 摘 要 本次设计建立了应用于水位水箱实验台的串级自动控制系统，简要说明了串级控制系统的特点并详细介绍了串级控制系统的参数整定方法和PID自动控制的特点。对水位水箱实验台的硬件构成及实验台的各个组件的功能和使用方法进行了详细说明，通过手工接线建立起实验台，设计、焊接了PID控制电路，详细说明了接线方法并附有接线图。使用SMULINK对系统进行了组态和仿真。最后在实验台上对系统进行了实际调试。探讨了串级控制系统参数整定的方法和应用。 关键词：串级控制系统，实验台，仿真，参数整定，接线，PID 目录 绪论……………………………………………...……………………4 1 串级控制系统介绍及仿真………………………………………...5 1.1串级控制系统………………………………...…...…………...5 1.2 PID各参数在系统中的作用……………………………….….6 1.3参数整定方法………………………..………………...………7 1.4 SIMULINK简介……………………………………...………10 1.5实验台传函………………………………………………...…10 1.6仿真整定过程及结果…………………………..…….………10 2 系统接线…………………………………………………….……14 2.1 实验台介绍…………………………………………..………14 2.2 实验台的接线方法…………………………………………..17 2.3 PID调节器及其电路图…………………..……………….….19 3实验台的调试……………………….………………………….…22 3.1 调试方法的确定……………………………………………..22 3.2 调试结果……………………………………………………..22 3.3 原因分析……………………………………….…………….23 4 结论……………………………..………………………...………24 翻译………………………………………………………….………25 小结………………………………………………………………….28 参考文献………………………………………………………….…29 绪 论 本次设计主要包括SMULINK仿真、实验台的建立和接线、系统实际投运调试和参数整定三大部分。主要目的是通过这次设计掌握并了解参数整定的方法和过程，对实际中系统的参数整定有一个感性的认识。并在设计中对所学到的控制理论进行合理的运用。其中含概了自动控制理论、电子学、电路基础、高数基础等学科，并且对手工操作能力有一定的要求。指导老师要求通过自己的揣摩和思考，查阅相关资料独立解决问题。 本次设计是以PID控制为核心，PID控制技术以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。目前PID控制在工业控制系统中应用极其普遍，具有广阔的发展前途。 此次完成的水箱水位实验平台可用于火电厂运行人员和热工人员的模拟培训，也可用于高校有关专业课的实践教学。并且可以在该实验平台上进行复杂控制系统的研究。 1串级控制系统介绍及仿真 1.1串级控制系统 1.1.1 串级控制系统简介 串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的。当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统。 串级控制系统中的名词： 主变量：在串级控制系统中起主导作用的被控变量。 副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量。 主对象：为主变量表征其特性的设备。 副：为副变量表征其特性的设备。 主器：按主变量的测量值与给定值而工作，其输出作为副变量给定值的那个控制器，称为主控制器。 副器：其给定值来主器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的那个器称为副器。 主回路：是由主变量的测量变送装置，主、副器，执行器和主、副对象构成的外回路，亦称外环或主环。 副回路：是由副变量的测量变送装置，副器执行器和副对象所构成的内回路，亦称为内环或副环。 在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，