基于MATLAB水箱液位控制系统的设计

太原理工大学

过程控制系统课程设计

设计名称水箱液位系统的控制设计 专业班级 自动化0902 学 号 姓 名 指导教师

太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………… 专业班级 自动化0902 学号 姓名 成绩

目 录

摘 要.................................................. III 任 务 书 IV 第1章 绪论 .............................................. 4 1．1过程控制的定义 ....................................... 4 1．2过程控制的目的 ....................................... 4 1．3过程控制的特点 ....................................... 5 1．4过程控制的发展与趋势 ................................. 5 第2章 水箱液位控制系统的原理 .............................. 6 2．1 人工控制与自动控制 ................................... 6 2．2 水箱液位控制系统的原理框图 7

2．3 水箱液位控制系统的数学模型 ........................... 8 第3章 水箱液位控制系统的组成 ............................. 11 3．1 被控制变量的选择 .................................... 12 3．2 执行器的选择 ....................................... 12 3. 3 PID控制器的选择 ................................... 15 3．4 液位变送器的选择 ................................... 16 第4章 PID控制规律 ....................................... 18 4．1 比例控制 .......................................... 18 4．2积分控制（I） ....................................... 20 4．3微分控制（D） ....................................... 20 4．4比例积分控制（PI） 20 4．5比例积分微分控制（PID）.............................. 21 第5章 利用MATLAB进行仿真设计 ....................................... ....... ..20 5.1MATLAB设计 ........................................................................... 20 5.2 MATLAB设计任务 ................................................................222 5.3 MATLAB设计要求 ................................................................222 5.4 MATLAB设计任务分析 .......................................................... 21 5.5 MATLAB设计内容 ................................................................227 5.5.1主回路的设计 .............................................................227

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5.5.2副回路的设计 .............................................................. 25 5.5.3主、副回路的匹配 ...................................................... 26 5.5.4 单回路PID控制的设计 .............................................. 27

5.5.5串级控制系统的设计.............................................................. 32 5.5.6串级控制系统的PID参数整定 34 总结 ...................................................... 36 参考文献................................................... 37

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摘 要

在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民

生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。 PID控制（比

例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，调节阀为电动调节阀。选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间

和超调量等控制品质的要求。

关键词 PID控制 过程控制 液位控制

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