基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计
基于MATLAB的双容水箱液位PID控制
基于MATLAB的双容水箱液位PID控制姓名：张冬磊＿＿＿＿＿＿＿班级：自动化1309班＿＿＿＿学号：20137675＿＿＿＿＿＿＿日期：2016.11.10—2016.11.30基于MATLAB的双容水箱液位PID控制摘要控制系统的计算机仿真是一门涉及理论、计算数学与计算机技术的综合性学科。
控制系统的计算机仿真以控制系统的模型为基础，采用数学模型代替实际的控制系统的控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。
本文是对双容水箱的PID液位控制系统的仿真，主要内容包括：对水箱的特性确定，建立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建立液位控制系统，调节器分别采用P、PI、PD、PID控制系统，通过仿真比较了各控制器的不同之处，以及各个参数的控制作用和性能的比较，对得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变法对系统性能的影响。
关键字：MATLAB/Simulink PID 液位控制系统目录摘要 (I)一绪论 (1)1.1 过程控制概述 (1)1.2 过程计算机控制系统概述 (1)1.3 PID控制器概述 (2)1.4 MATLAB软件介绍 (2)二控制系统建模 (4)三PID调节参数整定及MATLAB仿真 (6)3.1 P调节 (6)3.2 PI调节 (9)3.3 PD调节 (12)3.4 PID调节 (16)四结论 (19)参考文献 (21)一绪论1.1 过程控制概述过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程控制系统是由被控过程和过程检测仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀等。
过程控制系统的设计是根据工业过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
基于MATLAB与力控的双容水箱串级控制
过程控制课程设计报告学生姓名学号教学院系电气信息学院专业年级自动化07指导教师完成日期2011年1月6日摘要串联双容水箱在工业过程控制中应用非常广泛。
在串联双容水箱水位的控制中，进水首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。
串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。
随着工业的发展，液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛。
本设计以二容水箱实验液位控制模型为研究对象，采用PID控制，并用力控组态进行上位机组态。
组态界面包括：水箱实验界面（包括实时趋势曲线）、报警窗口、历史趋势曲线。
所有画面的动态显示用增强按钮连接。
关键词：串级控制MATLAB PID组态力控小组成员及学号本人工作任务详细说明●参与设计双容水箱串级控制系统，完成其运行效果；●观看力控监控组态软件演示工程中的双容水箱串级控制系统，熟悉其运行及各主要监控参数；●和组员在网上以及参考文献中搜集双容水箱串级控制系统的工作原理、多电梯远程监控系统的工艺流程图、双容水箱串级控制系统主要控制参数，双容水箱串级控制系统的主要监控功能等资料；●参与建立双容水箱串级控制系统的工程画面，创建相应双容水箱串级控制系统的组态界面，创建实时数据库，制作相应动画连接；●根据工艺流程图及设计思想参与进行主要的系统程序编写，并和组员一起检查更正、完善系统程序；●观看双容水箱串级控制系统运行效果图；●写双容水箱串级控制系统实习报告。
目录第一章MATLAB设计实验报告 (1)1.1MATLAB设计 (1)1.2MATLAB设计任务 (1)1.3MATLAB设计要求 (1)1.4MATLAB设计任务分析 (2)1.5MATLAB设计内容 (5)1.5.1主回路的设计 (5)1.5.2副回路的设计 (6)1.5.3主、副回路的匹配 (6)1.5.4 单回路PID控制的设计 (7)1.5.5串级控制系统的设计 (11)第二章力控设计实验报告 (18)2.1力控设计 (18)2.2力控设计任务 (18)2.3制作工程画面 (18)2.4建立动画连接 (21)2.5力控软件与MATLAB的通信 (23)2.5.1服务器节点配置 (23)2.5.2.客户端节点配置 (25)2.6运行调试及参数整定 (28)2.7作品展示 (30)第三章串级控制设计报告任务说明书 ................................................................. 错误!未定义书签。
双容水箱液位控制系统设计matlab
双容水箱液位控制系统设计matlab在MATLAB中设计双容水箱液位控制系统，可以使用控制系统工具箱来完成。
以下是一个简单的步骤：1. 创建模型：使用StateSpace函数创建一个双容水箱的状态空间模型。
该模型将包括液位和出流控制的状态变量。
2. 设计控制器：使用控制系统工具箱中的pidtuner函数来设计控制器。
pidtuner函数可以根据指定的性能指标，自动调整PID 控制器的参数。
3. 闭环模拟：使用sim函数对闭环系统进行模拟。
将控制器和系统模型连接起来，并通过输入信号来观察系统的响应。
4. 优化控制器：根据模拟结果，调整控制器的参数以优化系统的性能。
可以使用pidtuner函数的自动调整功能，也可以手动调整参数。
5. 验证性能：通过模拟和实际测试，验证系统的性能是否达到了预期的要求。
如果需要进一步优化，可以返回第4步。
下面是一个简单的示例代码，演示如何在MATLAB中设计和模拟双容水箱液位控制系统：```matlab% 创建模型A = [0 1; 0 -1];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);% 设计控制器controller = pidtuner(sys, "pid");% 闭环模拟t = 0:0.01:10;r = 0.5*ones(size(t)); % 设定值[y, t, x] = lsim(controller, r, t);% 绘制结果figureplot(t, y, "b", "LineWidth", 2)hold onplot(t, r, "r--", "LineWidth", 2)xlabel("Time (s)")ylabel("Level")legend("Output", "Reference")% 优化控制器controller = pidtuner(sys, "pid", controller); % 验证性能[y, t, x] = lsim(controller, r, t);% 绘制结果figureplot(t, y, "b", "LineWidth", 2)hold onplot(t, r, "r--", "LineWidth", 2)xlabel("Time (s)")ylabel("Level")legend("Output", "Reference")```这个例子演示了使用PID控制器来控制双容水箱液位。
基于MATLAB双容水槽液位控制系统设计
基于MATLAB双容水槽液位控制系统设计双容水槽液位控制系统是一种常见的工业自动化控制系统，它通过控制液位传感器和阀门等执行机构，实现对水槽液位的精确控制。
MATLAB是一种功能强大的数学建模和仿真软件，可以用来设计和优化控制系统。
本文将介绍基于MATLAB设计双容水槽液位控制系统的方法和步骤。
首先，我们需要建立双容水槽液位控制系统的数学模型。
假设双容水槽的液位可以用两个变量h1和h2来表示，其中h1表示上面的水槽液位，h2表示下面的水槽液位。
通过控制阀门的开度，可以改变上面水槽的液位，而下面的水槽由上面的水槽通过溢流管连接，因此下面的水槽液位会随着上面水槽液位的变化而变化。
根据质量守恒原理和液体静力学原理，可以得到如下的数学模型：dh1/dt = Q_in1 - Q_out1dh2/dt = Q_in2 - Q_out2其中，Q_in1和Q_out1分别表示上面水槽的流入和流出液体的流量，Q_in2和Q_out2分别表示下面水槽的流入和流出液体的流量。
另外，流量和液位之间的关系可以通过流量控制方程来表示：Q = K * A * sqrt(2 * g * h)其中，Q表示流量，K表示阀门的流量系数，A表示阀门的截面积，g表示重力加速度，h表示液位。
基于这个数学模型，我们可以使用MATLAB进行系统设计和控制。
以下是一些关键步骤：1. 建立MATLAB模型：使用MATLAB的Simulink工具箱，建立双容水槽液位控制系统的模型，包括液位传感器、阀门、控制器等组件，并将上述的数学模型转化为MATLAB代码。
2.设计控制器：根据系统的需求和性能指标，设计合适的控制器。
常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。
可以使用MATLAB提供的控制系统工具箱来设计和优化控制器。
3. 仿真和优化：使用Simulink工具箱进行系统的仿真，并根据仿真结果进行系统优化。
可以调整控制器参数和其他系统参数，以达到所需的控制效果。
在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计
在MATLAB中实现水箱液位控制系统的设计【摘要】本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。
在设计中充分利用计算机技术，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。
最后，完成控制系统实验和结果分析。
【关键词】液位;串级控制系统;MATLAB1.引言在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油、化工、环保、水处理、冶金等行业尤为重要。
在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。
通过液位的检测与控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。
通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。
如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费﹑产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义[1]。
在液位串级控制系统的设计中将以THJ-2高级过程控制实验系统为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。
虽然是采用传统的串级PID控制的方法，但是将利用智能调节仪表、数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建，努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。
2.串级控制系统设计思想2.1 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。
主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题[2]。
2.2 副回路的设计由于副回路是随动系统，对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。
基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程设计(可编辑)
基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程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目录摘要III任务书IV第1章绪论 41.1过程控制的定义 41.2过程控制的目的 41.3过程控制的特点 51.4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 62.1 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113.1 被控制变量的选择113.2 执行器的选择 113. 3 PID控制器的选择143.4 液位变送器的选择15第4章PID控制规律174.1 比例控制174.2积分控制(I) 194.3微分控制(D) 194.4比例积分控制(PI) 204.5比例积分微分控制(PID) 20第5章利用MATLAB进行仿真设计..205.1MATLAB设计205.2 MATLAB设计任务215.3 MATLAB设计要求215.4 MATLAB设计任务分析215.5 MATLAB设计内容255.5.1主回路的设计255.5.2副回路的设计255.5.3主、副回路的匹配265.5.4 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36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。
基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计
基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计双容水箱液位控制系统是一种常见的控制系统，用于控制水箱中液位的稳定性。
这个系统的主要目标是保持水箱中的液位在一个提前设定好的范围内。
在这篇文章中，我们将基于MATLAB来设计和实现一个双容水箱液位控制系统。
首先，我们需要定义系统的输入和输出。
在这个系统中，输入是水箱中的水流量，输出是水箱中的液位。
我们假设系统中的水流量是恒定的，并且可以通过控制阀门的开关来改变流量。
接下来，我们需要建立双容水箱液位控制系统的数学模型。
对于这个系统，我们可以使用连续时间的均衡方程来描述液位的变化。
假设水箱中的两个容器分别为C1和C2，它们之间通过阀门进行连接。
液位的变化是由水的流入和流出速度之间的差异决定的。
我们可以用下面的方程来表示两个容器液位变化的速度：C1 * dh1/dt = Qin - q12 - q01C2 * dh2/dt = q12 - q02其中，C1和C2分别表示两个容器的容积，dh1/dt和dh2/dt表示液位的变化速率，Qin表示系统输入的水流量，q12表示C1到C2的流出速度，q01表示C1的流出速度，q02表示C2的流出速度。
我们可以通过求解这个方程组来得到系统的状态空间表示。
为了简化推导，我们假设液位变化的速率很快，即dh1/dt≈0和dh2/dt≈0。
在这种情况下，我们可以得到一个简化的状态空间表示：x=(h1,h2)u = (Qin, q01, q02)其中，x是系统的状态向量，包括两个容器的液位，u是系统的控制输入向量，包括系统的输入流量和阀门的开关。
接下来，我们需要设计一个合适的控制器来控制系统的输出液位。
在这里，我们选择使用PID控制器。
PID控制器通过调整控制输入u来控制输出液位。
PID控制器的输出是根据系统的误差信号计算得到的。
在这里，误差信号是目标液位与实际液位之间的差异。
PID控制器通过比例增益、积分增益和微分增益来调整控制输入，以最小化误差信号。
控制实验课程设计 双容水箱空袭系统matlab
双容水箱液位控制系统设计电093 徐鸿荣 40950263摘要: 本文主要通过建立双容水箱液位串联控制系统的模型，根据PID 调节器的调节原理，对其进行调节。
该系统中水位位置的控制是通过出水管和进水管流量的差值的大小来反应水位的高低，根据它们的不同变化运用PID 调节器对闸门进行调节。
再通过在MATLA 软件对其进行仿真，找到满足要求的控制方案。
关键字：PID 调节器，MATLAB 仿真曲线，双容水箱，液位控制系统，反馈系统， Two-capacity water tank Liquid level control system designAbstract: In this article, through the establishment of two-capacity water tank level control system in series model, according to the principle of the regulation of PID regulator ， the system will automatically adjust the water level 。
The water level control of the system is to use the differences of output and input of the water pipe to reflect the height of the water level to adjust it with PID adjustor according to their change. And then use MATLAB software to simulate the system to find a suitable control program.Key words: PID adjustor , Matlab emulation diagram , Two-capacity water tank ，Liquid level control system ， feedback system控制策略在实际生产中，为了使原系统的性能指标有所改善，经常按照一定的方式接入校正装置，一般的控制器和校正装置常常采用比例（P ）、微分（D ）、积分（I ）以及这些控制规律的组合，常用的有比例微分（PD ）、比例积分（PI ）、以及比例积分微分（PID ）控制器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于MATLAB的双容水箱液位控制系统设计摘要：本文基于MATLAB，设计了一个双容水箱液位控制系统。
首先，介绍了控制系统的背景和目标。
然后，系统的数学模型被建立，并通过MATLAB进行了模拟。
接下来，设计了控制器和观测器，并进行了系统的
闭环控制。
最后，通过实验验证了系统性能的有效性。
1.引言
水箱液位控制是许多工业和民用领域常见的问题之一、传统的液位控
制方法通常有许多局限性，例如精度不高、控制响应慢等。
因此，设计一
种高性能的液位控制系统对实际应用非常重要。
本文基于MATLAB，设计
了一种双容水箱液位控制系统，旨在提高控制精度和响应速度。
2.系统建模
首先，建立了双容水箱的数学模型。
假设水箱内的水可以视为不可压
缩和不可挤压的流体，使用连续性方程和质量平衡方程来描述液位的变化。
然后，使用传感器和反馈控制器来测量和控制液位。
最后，利用MATLAB
进行模拟，验证了该数学模型的准确性。
3.控制器设计
为了提高系统的控制性能，设计了一个PID控制器。
PID控制器包括
比例、积分和微分三个部分，分别用于校正偏差、消除静差和抑制振荡。
通过调整PID的参数，优化了系统的控制性能。
4.观测器设计
为了实时监测液位变化，设计了一个观测器。
观测器根据已知的控制
输入和输出，估计状态变量的值。
在双容水箱液位控制系统中，使用了一
种基于卡尔曼滤波器的观测器，为系统提供了准确的状态估计。
5.闭环控制
将控制器和观测器与水箱液位控制系统相结合，形成一个闭环控制系统。
通过控制器的输出控制水泵的速度，实现对液位的控制。
通过观测器
的输出估计液位的值，为控制器提供准确的反馈。
6.实验验证
通过实验验证了设计的双容水箱液位控制系统的有效性。
将系统置于
实际工作环境中，测量液位的变化，并与理论模型进行比较。
实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和响应速度。
7.结论
本文基于MATLAB，设计了一个双容水箱液位控制系统。
通过系统建模、控制器设计和观测器设计，实现了对液位的精确控制。
通过实验验证，证明了该系统在实际应用中的有效性。
这个设计对于提高液位控制的精度
和响应速度具有重要意义。
未来的研究可以进一步优化控制器和观测器的
性能，提高系统的稳定性和鲁棒性。