双容水箱液位串级控制系统的设计.docVIP

PAGE 控制系统仿真 课程大作业 题目： 双容水箱液位串级控制系统的设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 评语： 评语： 成 绩： 任课教师： 时 间： PAGE \* MERGEFORMAT 17 PAGE \* MERGEFORMAT 17 摘 要 本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用MATLAB仿真技术对控制系统的性能进行分析。然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。 关键词：液位；模型；PID控制；MATLAB仿真；计算机过程控制系统 目 录 TOC \o 1-2 \h \u HYPERLINK \l _Toc25605 摘 要 PAGEREF _Toc25605 2 HYPERLINK \l _Toc22950 1 概述 4 HYPERLINK \l _Toc4883 1.1 过程控制介绍 4 HYPERLINK \l _Toc26196 1.2 液位串级控制系统介绍 4 HYPERLINK \l _Toc5606 1.3 MATLAB软件介绍 4 HYPERLINK \l _Toc21347 1.4 MCGS组态软件介绍 5 HYPERLINK \l _Toc7617 2 被控对象建模 5 HYPERLINK \l _Toc16339 2.1水箱模型分析 5 HYPERLINK \l _Toc30985 2.2阶跃响应曲线法建立模型 6 HYPERLINK \l _Toc18003 3 系统控制方案设计与仿真 10 HYPERLINK \l _Toc11811 3.1 PID控制原理 10 HYPERLINK \l _Toc6236 3.2系统控制方案设计 11 HYPERLINK \l _Toc673 3.2 控制系统仿真 12 HYPERLINK \l _Toc24371 4 建立仪表和计算机过程控制系统 16 HYPERLINK \l _Toc23679 结 论 17 HYPERLINK \l _Toc26629 参 考 文 献 18 1 概述 1.1 过程控制介绍 过程计算机控制系统的组成包括硬件和软件（除了被控对象﹑检测与执行装置外）。 1．过程计算机系统的硬件部分： （1）由中央处理器﹑时钟电路﹑内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分。 （2）包括各种控制开关﹑数字键﹑功能键﹑指示灯﹑声讯器和数字显示器等的 （3）通用外围设备包括打印机﹑记录仪﹑图形显示器﹑闪存等，它们用来显示﹑存储﹑打印﹑记录各种数据。 （4）I/O接口和I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。 2．过程计算机系统的软件部分： （1）系统软件由计算机及过程控制系统的制造厂商提供，用来管理计算机本身资源，方便用户使用计算机。 （2）应用程序由用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序（如各种数据采集﹑滤波程序﹑控制量计算程序﹑生产过程监控程序），应用软件的优劣将影响到控制系统的功能﹑精度和效率。 1.2 液位串级控制系统介绍 在液位串级控制系统的设计中采用传统的串级PID控制的方法，利用智能调节仪表﹑数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建，努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。 在设计控制系统的过程中，将利用到MATLAB软件和MCGS组态软件。以下将对它们的主要内容进行说明。 1.3 MATLAB软件介绍 MATLAB系统由五个主要部分组成： (1)MATALB语言体系：MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模编程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。 (2)MATLAB工作环境：这是对MATLAB提供给用户使用的管理功能的总称．包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。 (3)图形图像系统：这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令，也