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【课程设计报告】基于Matlab的双容、多容水箱控制

系统

课程设计报告基于力控和Matlab双容、多容

水箱控制系统仿真目录1.设计题目32.设计任务33.设计要求

34.设计任务分析35.设计内容45.1双容、多容水箱系统的数学建模

40.、多容水箱系统机理模型4.、多容水箱系统模型的参数辨识55.2

双容、多容水箱系统数学建模的仿真7.统仿真环境75.3双容、多容水箱

系统数学建模的参数整定10.PID控制算法的参数整定105.4双容、多容

水箱前馈反馈控制系统的仿真分析135.5运用力控组态软件对系统进行设计

分析16.I/O点收集及表单16.时数据库17.容液液位控制系统主画面

18.制策略的运用206实习心得21参考文献221.设计题目双容

水箱液位前馈反馈控制系统设计。2.设计任务图1所示双容水箱液位系统，

由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持

下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。试设计前馈反馈

控制系统以维持下水箱液位的恒定。图1双容水箱液位控制系统示意图3.

设计要求上下水箱高都约为16m，具体几何尺寸不详，需仿真实验建模；进水

量最大为16平方米/小时，调节阀前后压差最大为3.2Mpa；进水量的扰动为主

要扰动。4.设计任务分析1）要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系

统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下

投运10s后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）；2）针对双容水箱液位

系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干

扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID参数的整定要求写出整定的依据（选择

何种整定方法，P、I、D各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3）针

对该受扰的液位系统设计前馈反馈控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方

案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。5.设计内容1、

根据流程控制自动化技术工程实训的实验获得的对象广义传递函数，建立

Simulink仿真模型。2、建立双容液位闭环控制系统及流量前馈液位反馈控制

系统仿真模型。3、采用传统的理论分析法，结合仿真实验整定PID控制器的参

数，绘制仿真结果曲线。4、采用Simulink控制系统设计工具箱SISODesignTool

设计和优化PID控制器的参数，绘制仿真结果曲线。5、结合工程实训，比较实

际系统行为与仿真结果的偏差，分析仿真结果。6、运用力控5.1双容、多容

水箱系统.、多容水箱系统机理模型同对单容水箱系统进行机理建模一样，首

先要先简化系统结构，以双容水箱系统为例。.。根据物料平衡关系，列出增

量方程

其中，、为流过阀1、阀2、阀3的流量；、为上水箱、下水箱的液位高度；、为

上、下水箱的液容系数；、为阀2、阀3的液阻。对式（）（）（3）（4）联立，

进行拉氏变换，整理后得到

式中为上水箱过程时间常数，；为下水箱过程时间常数，。另外，若上、下水

箱之间的管道过长存在时延，则此时传递函数多一个滞后环节，为

由此推及，若n个水箱级联，其传递函数应为

式中为总放大系数。上式为无时延过程，下式为有时延过程。.2双容、多容水

箱系统模型的参数辨识通过机理建模得知多容水箱的传递函数