双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
双容水箱液位流量串级控制系统设计
目录1.设计题目 (2)2.设计任务 (2)3.设计任务分析 (2)4.设计内容 (5)5.设计总结 (13)6.参考文献 (14)双容水箱液位控制系统设计1.设计题目双容水箱液位控制系统设计2.设计任务如图1所示的两个大容量水箱。
要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。
试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。
水箱2图1 系统示意图3.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。
对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理法建模。
在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1),副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。
检测对象特性：Gm1（S）=1/（0.1S+1）（液位传感器）；Gm2（S）=1/（0.1S+1）（流量传感器）。
控制器：PID；执行器：控制阀；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声。
为保持水箱2液位的稳定，设计中采用闭环系统，将水箱2液位信号经水位检测器送至控制器（PID），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（控制阀），从而改变流量调节水位。
当对象是单水箱时，通过不断调整PID参数，单闭环控制系统理论上可以达到比较好的效果，系统也将有较好的抗干扰能力。
该设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当水箱2有干扰时，此干扰经过控制通路传递到水箱2，会有很大的延迟，进而是控制器响应滞后，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，无论如何调整PID参数，都将无法得到满意的效果。
双容水箱液位流量串级控制系统设计
双容水箱液位流量串级控制系统设计一、系统结构1.水箱：系统中最重要的元件之一，用于存储和供应水资源。
2.控制阀：用于调节水箱出口的流量，根据传感器检测到的液位信号来控制阀门的开度。
3.液位传感器：用于检测水箱内部的液位变化，并将其转换为电信号供控制系统使用。
4.流量传感器：用于检测水箱出口的流量，并将其转换为电信号供控制系统使用。
5.控制器：整个系统的核心部分，根据传感器采集到的液位和流量信号，通过控制阀门的开度来调节水箱的液位和流量。
二、系统设计1.控制策略的选择：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略一般选择PID控制算法。
PID控制器可根据传感器采集到的控制量和设定值之间的误差来调节阀门的开度，实现液位和流量的闭环控制。
2.系统参数的确定：首先需要确定水箱的容积和液位范围，以便合理地选择传感器的量程。
然后需要根据水箱的工作条件和流量要求来确定控制阀的参数，如最大流量、最小可调节流量等。
3.传感器的选择与安装：根据系统的要求和工作环境的特点，选择适合的液位传感器和流量传感器，并将其正确安装在水箱中。
液位传感器一般安装在水箱的顶部，流量传感器安装在水箱的出口处。
4.控制器的设计与配置：根据系统需求和控制策略的选择，选择适合的PID控制器，并按照系统参数进行配置。
控制器应具备良好的控制性能和稳定性，能够根据传感器采集到的信号及时调节阀门的开度。
5.控制策略的调整与优化：系统设计完成后，需要通过实际的试验和调整来优化控制策略，提高系统的控制性能。
可以通过调整PID控制器的参数来实现系统的稳定运行和准确控制。
6.故障检测与保护措施：在设计系统时，应考虑到可能发生的故障，如传感器故障、控制阀失效等，并设计相应的故障检测和保护措施，以确保系统的安全可靠运行。
三、系统应用总结：双容水箱液位流量串级控制系统是一种重要的控制系统，在工业生产中起到关键作用。
其设计需要根据实际需求和系统参数进行合理设置，并通过优化控制策略来实现系统的稳定运行和优质控制效果。
双容水箱PID液位控制系统的仿真本科生毕业设计精品推荐
双容水箱PID液位控制系统的仿真本科生毕业设计精品推荐毕业设计双容水箱液位PID控制算法的仿真研究摘要由于单回路控制系统已不能克服液位控制中的一些问题，如：大时延、非线性、容量滞后等。
因此本设计针对这些问题设计串级控制，对单回路控制系统无法控制的问题进行解决，同时比较单回路控制系统和串级控制系统的不同之处。
本次毕业设计的课题是多容水箱的PID液位控制系统的仿真。
在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。
本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了串级控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。
用MATLAB/Simulink建立液位串级控制系统，调节器采用PID控制系统。
通过仿真比较了单回路液位控制系统和串级控制系统控制的不同之处，以及参数的整定及各个参数的控制性能的比较，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。
关键词：MATLAB；PID控制；串级控制；液位系统仿真More let water tank PID level control systemsimulationAbstractBecause single loop control system has not overcome some of the liquid level control issues, such as: big time delay, non-linear process, capacity lag and so on. So this design is proposed to solve these problems, the cascade control for single loop control system can't control problems were solved, meanwhile compared single loop control system and cascade control system differences.The graduation design topic is based on the MATLAB PID level control system simulation. In the design, I mainlyresponsible is double let water tank simulation. The main content of this article include: software MATLAB, the introduction and application of the simulation of use in Simulink problems that should be paid attention to. Grasp the basic ideas of PID control to be familiar with PID algorithm, PID parameters setting method. Water tank with the experimental curves to determine the characteristics, through the test method analysis level control system was established mathematical model, the water tank designed cascade control system for the selected level control; choose the appropriate control system PID algorithm. MATLAB/Simulink establishes level cascade control system, the regulator using fuzzy PID control system. Through the comparative simulation single loop level control system and a cascade control system control differences, and parameter setting and various parameters control performance comparison, application gets PID control algorithm is analyzed for simulation curve, summarizes the parameters on the system performance impact.Keywords: MATLAB；PID control; Cascade control; Level system simulation目录1 绪论 (1)1.1问题的提出及研究意义 (1)1.1.1 水箱控制系统研究的意义 (1)1.2PID控制算法的研究现状 (2)1.3PID控制的应用与发展 (2)1.4本次设计的主要工作 (3)2 MATLAB仿真概述 (4)2.1过程控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)2.1.1 控制系统计算机仿真 (4)2.2控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)3 PID控制简介及其整定方法 (7)3.1PID控制简介 (7)3.1.1 PID控制原理 (7)3.2PID控制算法 (8)3.2.1 位置型算法 (9)3.2.2 增量型算法 (9)3.3PID调节的各个环节及其调节过程 (10) 3.3.1 比例控制与其调节过程 (10)3.3.2 比例积分调节 (11)3.3.3 比例积分微分调节 (12)3.4串级控制 (12)3.5串级控制系统的设计 (14)3.5.1 主回路的设计 (14)3.5.2 副回路的设计 (14)3.5.3 主、副回路的匹配 (15)3.6串级控制系统的工业应用 (16)3.6.1 用于克服被控过程较大的容量滞后 (16) 3.7PID控制的特点 (16)3.8PID参数整定方法 (16)3.8.1 传统整定方法 (17)4 双容液位控制系统的建模 (19)4.1过程建模的方法 (19)4.1.1 机理法 (19)4.1.2 测试法 (19)4.1.3 阶跃响应法 (20)4.2分析多容过程的数学建模 (21)4.2.1 一阶单容上水箱特性 (21)4.2.2 二阶双容下水箱对象特性 (23)5 双容液位控制系统的仿真 (25)5.1被控对象的仿真模型 (25)5.2单回路控制系统的仿真 (25)5.3串级控制系统的仿真 (30)5.3.1 当副环采用PID调节时 (32)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1. 1 问题的提出及研究意义大多数情况下，单回路控制系统能够满足工艺生产的基本要求。
双容水箱液位控制系统毕业设计(论文)
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：双容水箱液位控制系统学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：双容水箱液位控制系统摘要本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。
通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用串级PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。
利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。
在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，通过RS232/485转换器和牛顿模块实现计算机与现场设备之间的数据交换。
并利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。
在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。
实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。
关键词: 液位；串级控制；PID 控制；组态软件；参数整定Double tank water level control systemAbstractThe design is based on the PCT-Ⅲ type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, through the RS232/485 converter and Newton module achieve the exchange of data between computer and field devices. And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords:Level; Cascade control; PID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2本文主要研究的内容 (2)第二章PCT试验装置介绍 (3)2.1 PCT实验装置构成简介 (3)2.1.1水箱 (3)2.1.2液位传感器 (3)2.1.3电动调节阀 (4)2.1.4压力传感器 (4)2.1.5变频器 (4)2.1.6三项磁力水泵 (5)2.1.7牛顿模块 (5)2.2双容水箱系统硬件结构 (6)2.3 水箱液位实验控制系统的用途 (7)第三章双容水箱液位控制系统分析设计 (8)3.1双容水箱液位控制系统分析 (8)3.1.1液位控制系统组成 (8)3.1.2液位控制系统的控制目标 (9)3.1.3液位控制系统的模型分析 (9)3.2 双容水箱液位控制系统方案设计 (12)3.2.1控制方案的选定 (12)3.2.2串级控制系统的特点 (13)3.2.3串级控制系统的设计 (13)3.2.4计算机串级控制算法实施 (17)3.2.5液位串级控制系统工作过程 (18)3.3液位控制系统参数整定 (19)3.3.1Kp、Ti、Td对控制质量的影响 (20)3.3.2几种工程整定方法介绍 (21)3.3.3串级控制系统的参数整定 (24)第四章组态软件设计 (27)4.1“组态王”简介 (28)4.2组态画面的建立 (28)4.2.1建立工程 (28)4.2.2设备配置 (29)4.2.3变量定义 (31)4.2.4画面设计与动画连接 (33)4.2.5实时曲线和历史曲线的建立 (36)4.2.6手自动切换和PID控制画面的建立 (38)第五章双容水箱液位控制系统实验 (40)5.1实验所用设备 (40)5.2实验过程 (40)5.3实验结果分析 (42)总结 (43)参考文献 (44)附录 (46)致谢 (48)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。
双容水箱液位串级控制系统DCS实训报告毕业论文
DCS实训报告双容水箱液位串级控制系统一、实训目的（1）、熟悉集散控制系统（DCS）的组成。
（2）、掌握MACS组态软件的使用方法。
（3）、培养灵活组态的能力。
（4）、掌握系统组态与装置调试的技能。
二、实训容及要求以THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置为工业对象。
完成中水箱和下水箱串级液位控制系统的组态。
要求：设计液位串级控制系统，并用MACS组态软件完成组态。
包括：（1）、数据库组态。
（2）、设备组态。
（3）、算法组态。
（4）、画面组态。
（5）、在实验装置上进行系统调试。
三、工程分析THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置中水箱和下水箱串级液位控制系统需要2个输入测量信号，1个输出控制信号。
因此,该系统包括：（1）、该系统有2个AI点LT1、LT2，1个AO点LV1。
（2）、该系统需要1个模拟量输入模块FM148用于采集中水箱液位信号LT1和下水箱液位信号LT2;1个模拟量输出模块FM151用于控制电动控制阀的开度LV1。
并且FM148的设备号为2号，FM151的设备号为3号。
（3）、LT1按2号设备的第1通道，LT2按2号设备的第2通道。
LV1按3号设备的第1通道。
（4）、系统配备1个现场控制站10站，1台服务器兼操作员站。
四、实训步骤1、工程的建立（1）、打开：开始程序 macsv组态软件数据库总控。
（2）、选择工程/新建工程，新建工程并输入工程名；Demo。
（3）、点击“确定”按钮，然后在空白处选择“demo”工程。
工程信息如下图所示：（4）、选择“编辑>域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程“demo”从“未分组的域”移到右边“改组所包含的域”里，点击“确认”按钮。
然后，在数据库总控组态软件窗口会出现当前工程名、当前域号、该域分组号、系统总点数。
（5）、数据库组态。
（a）、在菜单栏的“编辑”下，选择“编辑数据库”，弹出窗口，输入用户名和口令bjhc/3dlcz，进入数据库组态编辑窗口。
双容水箱液位串级控制系统的设计
双容水箱液位串级控制系统的设计介绍双容水箱液位串级控制系统主要用于控制双容水箱中的液位。
液位控制是很多自动化系统中常见的控制需求之一。
设计一种能够自动感知液位情况，并根据液位高低自动控制水泵启停的系统，能够提高水资源的利用效率，减少了人工干预和误操作、提高了液位控制的准确性和稳定性，有着广泛的应用场景。
系统组成双容水箱液位串级控制系统主要由以下组成部分组成：•液位传感器：用于感知水箱的液位高度，可以采用浮球式或插杆式测量方式。
•控制器：通过控制水泵的启停和切换，以实现对双容水箱液位的控制。
•水泵：真正实现将水从水箱中供给出去。
•双容水箱：水箱的数量最少为两个，分别为上水箱和下水箱。
两个水箱通过水管连接起来，构成液位串级控制系统。
系统工作原理该系统的工作原理如下：1.当上水箱的液位低于设定的下限值时，由液位传感器向控制器发送信号。
2.控制器接收到液位传感器发送的信号后，会自动启动水泵，并将水泵的工作模式设置为“进水模式”。
3.当上水箱中的水位达到设定的上限值时，液位传感器再次向控制器发送信号。
4.控制器再次接收到信号后，会关闭当前正在工作的水泵，并打开下一台水泵。
5.下一台水泵开始工作，并将工作模式切换至“出水模式”。
6.一旦上水箱中的水位低于下限值，该过程会循环继续。
系统功能双容水箱液位串级控制系统实现以下功能：1.自动感知水箱液位高度，能够准确地监控上下水箱液位状态，确保水箱中水源充足。
2.通过自动控制水泵启停以及切换工作模式，能够实现液位的自动调节和防止水箱过流、干涸的功能。
3.实现多个水泵的串联使用，确保水泵的寿命和性能，从而提高液位控制的准确性和稳定性。
双容水箱液位串级控制系统是一种能够自动感知液位变化和自动控制水泵启停的控制系统。
该系统可以帮助我们有效地利用水资源，减少人工干预以及误操作，提高液位控制的准确性和稳定性。
双容水箱液位串级控制系统设计
双容水箱液位串级控制系统设计
设计一个双容水箱液位串级控制系统需要考虑以下几个方面：水箱容量、水泵的流量、液位传感器的安装位置以及液位控制算法的选择。
首先，需要确定主水箱和辅助水箱的容量。
容量的选择应该根据实际
需求和使用场景来决定。
主水箱通常较大，以保证在较长时间内可以提供
稳定的水源。
辅助水箱的容量通常较小，主要用于补充主水箱的水源。
其次，确定水泵的流量。
水泵的流量应该能够满足系统的需求。
水泵
的选择应该考虑到系统的最大需求量以及水泵的工作效率等因素。
然后，需要确定液位传感器的安装位置。
液位传感器通常安装在水箱内，并通过传感器来检测水位的变化。
液位传感器的选择应该考虑到传感
器的精度、可靠性以及适应环境的能力。
最后，需要选择合适的液位控制算法。
常用的液位控制算法包括比例
控制、PID控制等。
液位控制算法的选择应该根据系统的需求、控制精度
以及系统的动态特性来决定。
在系统的实现过程中，还需要考虑到管道的设计、水泵的控制与保护、液位反馈的处理以及系统的安全性等方面。
总之，双容水箱液位串级控制系统的设计需要综合考虑水箱容量、水
泵流量、液位传感器安装位置以及液位控制算法的选择。
通过合理设计和
配置，可以实现水箱液位的稳定控制，满足实际需求。
双容水箱液位串级控制系统的设计
目录摘要 (1)Abstract: (2)1 概述 (3)1.1 过程控制介绍 (3)1.2 液位串级控制系统介绍 (4)1.3 MATLAB软件介绍 (4)1.4 MCGS组态软件介绍 (5)2 被控对象建模 (7)2.1 水箱模型分析 (7)2.2 阶跃响应曲线法建立模型 (7)3 系统控制方案设计与仿真 (13)3.1 PID控制原理 (13)3.2 系统控制方案设计 (15)3.2 控制系统仿真 (16)4 建立仪表过程控制系统 (20)4.1 过程仪表介绍 (20)4.2 仪表过程控制系统的组建 (21)4.3 仪表过程控制系统调试运行 (24)5 建立计算机过程控制系统 (26)5.1 计算机过程控制系统硬件设计 (26)5.2 MCGS软件工程组态 (28)5.3 计算机过程控制系统调试运行 (38)6 结论 (40)谢词 (41)参考文献 (42)................双容水箱液位串级控制系统的设计摘要：本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。
在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。
首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。
最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。
关键词：液位模型 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统Abstract:The purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicatortechnique ﹑the computer technique﹑the communication technique and the automaticcontrol technique in order to realize concatenation control of water tank's liquid.First, I carry out the analysis of the controlled objects' model, and use theexperimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I Designthe concatenation control system and use the dynamic simulation technique to analyzethe capability of control system. Afterwards, I design and set up the indicator processcontrol system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator.Finally, I design and set up the long distance computer control system in virtue ofthe data collection module ﹑MCGS soft and digital PID controller，accomplish controlsystem experiment and analyze the outcome.Keywords:liquid level model PID control indicator process control system computer process control systemzzzzzzzzzzzzzzzzz双容水箱液位串级控制系统的设计1 概述1.1过程控制介绍1．工业过程控制的发展概况自本世纪30年代以来，伴随着自动控制理论的日趋成熟，自动化技术不断地发展并获得了惊人的成就，在工业生产和科学发展中起着关键性的作用。
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双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
在双容水箱液位串级控制系统中，通常有两个水箱，分别称为主水箱
和副水箱。
主水箱通常是较大的水箱，副水箱是较小的水箱。
系统的目标
是保持主水箱和副水箱的液位稳定在设定值附近。
系统的控制过程可以分为以下几个步骤：
1.流程测量：系统通过测量主水箱和副水箱的液位，获取当前的液位
信号。
2.控制计算：根据测量值和设定值，计算需要调节的阀门开度。
3.阀门控制：根据计算结果，控制阀门的开度，调节水的流入和流出
速度，以实现液位的控制。
4.反馈调整：根据阀门控制后的效果，不断调整阀门开度，使液位稳
定在设定值附近。
在实际的设计中，双容水箱液位串级控制系统通常采用PID控制器来
实现。
PID控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。
比
例部分根据偏差的大小进行调整，积分部分根据偏差的持续时间进行调整，微分部分根据偏差的变化速率进行调整。
通过不断调整PID参数，实现系
统的稳定性和响应速度的平衡。
另外，在实际的设计中，还需要考虑到系统的动态响应、稳定性、静
差和抗干扰性等因素。
可以采用仿真软件进行系统的建模和分析，优化系
统的设计参数。
总之，双容水箱液位串级控制系统作为一种常见的控制系统，在工业、农业和民用领域有着广泛的应用。
通过合理设计和调节控制参数，可以实
现液位的稳定控制，提高系统的稳定性和安全性。
同时，与实际的实验和仿真相结合，可以进一步优化系统的设计和控制策略。