文档介绍：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 3
2. 设计任务 3
3. 设计要求 3
3
4
、多容水箱系统的数学建模 4
、多容水箱系统机理模型 4
、多容水箱系统模型的参数辨识 5
、多容水箱系统数学建模的仿真 7
7
、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 10
、多容水箱前馈反馈控制系统的仿真分析 13
16
I/O点收集及表单 16
17
18
20
6实习心得 21
参考文献 22
1. 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,;
进水量的扰动为主要扰动。

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、);
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。

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SISO Design Tool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
、多容水箱系统的数学建模
、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。。
Q3
阀3
阀2
阀1
Q2
h1
h0
0
Q1
h2

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()()()()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。
、多容水箱系统模型的参数辨识
通过机理建模可以得知多容水箱的传递函数为
我们可以通过对单个水箱进行特性测试的方法,得到各个水箱的过程时间常数及时延,再由
求得、即可。
对于本实验的双容水箱系统,还可以用两点法确定相关参数。由于本实验系统的各水箱连接管道很短,并且管径很大,故时延很小,用两点法更为方便、准确。
的确定方法同()。、采用两点法。
系统阶跃相应为
利用阶跃相应上两个点的数据和确定、。不妨取及两点,从下图得出相应的、。
O
t2
t1
t
双容水箱阶跃相应曲线
联立方程
得到近似解
通过实验,求得该双容系统为二阶系统,,,,。
由此,求得该系统双容水箱系统的闭环控制框图为
R(s)
U(s)
闭环控制框图
至此,系统的模型就建立完成了。
、多容水箱系统数学建模的仿真

MATLAB简介
计算机仿真是对控制系统进行