文档介绍：单容水箱液位定值PID数字控制系统
沈燕燕 严伟灿 王杰 摘要:单容水箱液位定值PID数字控制系统主要采用数字PID控制单容水箱的液位高度。首先用压力变送器实时采集单容水箱的液位高度,信号通过A/D转换器实现信号离散化后通过TH单容水箱液位定值PID数字控制系统
沈燕燕 严伟灿 王杰 摘要:单容水箱液位定值PID数字控制系统主要采用数字PID控制单容水箱的液位高度。首先用压力变送器实时采集单容水箱的液位高度,信号通过A/D转换器实现信号离散化后通过THBXD数据采集卡输入到计算机中。数字PID在计算机中用VBScript编程,所采集的信号通过数字PID控制,输出的信号通过D/A转换器和零阶保持器后输出PWM信号,用所产生的PWM控制驱动电机的转速进而控制微型水泵来控制水流量的大小。这样实现对单容水箱液位的定值控制,准确达到所要求的液位高度,并具有良好的稳态性能和动态性能。
关键词:数字PID;单容水箱液位;定值;PID数字控制系统;水箱水位控制;PID控制算法
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2012)06-0120-03
传统的水箱液位控制多采用包含手动控制方式的单回路控制,同时采用传统的指针式机械仪表来显示液位的当前值,如浮子式、磁电式、接近开关式、电容式、声波式等。而21世纪发展中的PID控制是一项先进的控制技术,即当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,这时应用PID控制技术最为方便,在单容水箱液位控制上具有良好的稳态性和动态性。
一、PID数字控制系统对水箱水位的控制
(一)控制流程图
图1 流程图 图2 系统原理图
(二)数字控制系统原理图
图2为单容水箱单回路控制闭环系统。被控对象为单容水箱。
控制器采用了工业过程控制中所采用的最广泛的控制器――PID控制器。通过计算机模拟PID控制规律直接变换得到的数字PID控制器,它是按偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)组合而成的控制
规律。
用压力变送器实时采集单容水箱的液位高度,信号通过A/D转换器和保持器实现信号离散化后通过THBXD数据采集卡输入到计算机中。数字PID在计算机中用VBScript编程,所采集的信号通过数字PID控制,输出的信号通过D/A转换器和保持器后输出PWM信号,用所产生的PWM控制驱动电机的转速进而控制微型水泵来控制水流量的大小。这样实现对单容水箱液位的定值控制。
二、PID数字控制系统水箱水位运算及PID控制算法流程和程序
(一)水箱水位运算
已知单容水箱的流入量为q1,改变阀1的开度可以改变q1的大小;单容水箱的流出量为q2,它取决于用户的需要,改变阀2的开度可以改变流量q2的大小;液位h的变化反映了由于q1与q2不相等而引起的液位在单容水箱内的积累。设h为被控量,q1为输入量,q2为扰动量,构成单输入有扰动的系统。
单容水箱液位控制结构图见图3:
图3
设单容水箱的截面积为A,水箱底面直径为D=15cm,高度为h,最高高度为18cm。水体积为Ah,根据物料平衡关系有: