学士学位论文—-双容水箱液位串级控制系统的设计

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长春大学

过程控制实习报告

题目名称双容水箱液位串级控制系统的设计院（系）电子信息工程学院

专业（班级）自动化13403

学生姓名

指导教师

起止日期2016.06.01——2016.06.07

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双容水箱液位串级控制系统的设计

[摘要]该实验装置采用A3000过程控制装置,采用串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位的控制,并且通过Matlab对系统进行仿真,通过组态王将设计好的系统在设备上进行调试。在此次设计中，利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术等实现对水箱液位的串级控制。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。实验结果表明,串级控制的内回路能够有效地克服二次扰动的影响,可以加大主控制器的增益,从而对控制难度大的二阶对象进行有效控制。

[关键词]控制系统仿真串级控制

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Design of cascade control system for liquid level of double tank

[Abstract]The experimental device the A3000 process control device, the use of cascade control method to achieve the dual capacity water tank of the lower tank level control, and through the MATLAB system simulation, by Kingview to design good system debugging on the device. In this design, the use of automatic instrument technology, computer technology and automatic control technology to achieve the level of water tank cascade control. The model of the controlled object is analyzed, and the transfer function of the model is obtained by the experimental modeling method. The experimental results show that the cascade control of the inner loop can effectively overcome the influence of the two disturbance, and can increase the gain of the main controller, so as to effectively control the two stage of the control difficulty.

[Keywords]control simulation cascade control

目录

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论 (1)

1.1系统总体设计 (1)

第2章液位控制系统方案设计 (2)

2.1串级控制系统的组成 (2)

2.1串级控制系统的设计 (2)

2.1.1主回路的设计 (2)

2.1.2副回路的设计 (3)

2.1.3主、副调节器调节规律的选择 (3)

2.2 PID控制原理 (3)

第3章控制系统的仿真 (4)

3.1单回路控制系统的仿真 (4)

第4章系统过程流图 (8)

第5章结论 (9)

第6章致谢 (10)

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第1章绪论

液位是工业生产过程中很重要的被控变量。在实际生产中，液位控制的精确程度和控制效果直接影响工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。

1.1系统总体设计

两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器件称为串级控制器。这次仿真系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：

图1-1 系统结构框图

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第2章液位控制系统方案设计

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，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通路传递到下水箱，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，将无法得到满意的效果。所以应该及早控制，在内环引入负反馈，检测上水箱液位，将液位信号送至副控制器，绕后直接作用于控制阀，以此得到较好的控制效果。

2.1串级控制系统的组成

1.主、副回路：从串级控制系统的框图可以看到，系统有两个闭合回路。内

部的闭合后路称为（副环）；外部的闭合回路称为主回路（主环）。

2.主、副控制器：处于主回路中的控制器称为主控制器；处于副回路中的控

制器称为副控制器。

3.主、副被控变量：主回路的被控制变量称为主被控变量（主变量）；副回路

的被控变量称为副被控变量（副变量）。主被控变量也可以理解为起主导作用的被控变量；而副被控变量是为稳定主被控变量而引入的中间辅助变量。

4.主、副对象：主回路所包括的对象称为主对象；副回路所包括的对象称为

副对象。

5.主、副检测变送器：检测和变送主变量的称为主检测变送器；检测和变送

副变量的称为副检测变送器。

主控制器的输入是由工艺给定的，通常是一个定值，因此串级控制系统的主回路是一个定值控制系统；而副控制器的设定值是由主控制器的输出提供，它随主控制器输出的变化而变化，因此串级控制系统的副回路是一个随动控制系统。

2.1串级控制系统的设计

串级控制系统的设计包括主、副回路选择，主、副控制器控制规律设计和主、副控制器的正、反作用方式的确定等。

2.1.1主回路的设计

串级控制系统的主回路是一个定值控制系统，可以按单回路控制系统的设计原则进行设计。主变量（操纵量）的选择原则与单回路控制系统的选择原则一致，即选择直接或间接地反映生产过程的产品产量、质量、节能、环保以及安全等控制目的的参数作主为主变量。