文档介绍：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:—
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
概述 2
系统组成总体结构 2
第3章硬件设计 3
单片机最小系统设计 3
传感器模块 3
A/D转换和D/A转换模块 3
键盘模块 3
显示模块 4
第4章软件设计 5
PID算法 5
位置式PID控制系统 6
增量型PID控制算法 8
PID计算 10
主程序控制流程 11
显示部分 12
第5章系统测试与分析/实验数据及分析 13
MATLAB程序 13
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,选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点,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。虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。但是,要想取得良好的控制效果,必须合理的整定PID的控制参数