水箱液位控制系统的设计
水箱液位模糊控制
水箱液位模糊控制器的设计1.水箱液位控制系统已知一个容器中液体的流出是随机变化的，无法建立它的数学模型。
但是，通过人工控制进液阀门的开度和进液流速，却能调节容器中液位的高低，保持液位恒定。
根据人工操作经验，我们已经归纳出如下保持液位恒定的操作规则：①如果液位偏低，则快开阀门；②如果液位正好，则阀门开度不变；③如果液位偏高，则快关阀门；④如果液位正好而进液流速慢，则慢关阀门；⑤如果液位正好而进液流速快，则慢开阀门。
图1-1 水箱液位控制系统原理图为此，我们可以设计如图1-2所示的双输入--单输出模糊控制系统：k 1k 2D/FD/F RF/D 控制对象k u 模糊控制器u e ec图1-2 二维模糊控制系统原理框图模糊控制器的两个输入变量分别为液位差e （设定液位高度r -实测液位高度M模糊控制器反馈 压力传感器控制量设定y）和液位差变化率ec（单位时间内的偏差改变量），输出模糊变量为u。
输入变量e和ec、输出变量u的论域、覆盖变量论域的模糊子集明朝、隶属度函数类型及拐点参数等，初步设定为表1-1所列的数值。
表1-1 覆盖输入变量、输出变量的模糊子集设定值2.构建模糊控制器的FIS结构文件2.1编辑出名称为“tank”的液位模糊控制系统FIS启动Matlab后，在主窗口中键入fuzzy回车，进入“FIS Editor”编辑器界面，完成下列任务：①增加一个输入变量；②将输入、输出变量的名称分别改成e、ec和u；③将这个FIS文件名定为“tank”并予以存盘。
得出如图2-1所示的FIS编辑器界面。
图2-1 液位模糊控制FIS编辑器2.2 编辑覆盖输入、输出变量的模糊子集在图2-1所示的FIS编辑器上，单机输入变量e模框，按表1-1列出的数据编辑e、ec和u的模糊子集。
在FIS编辑器界面上，双击输入量或输出量模框中的任何一个，都会弹出隶属函数编辑器，简称MF编辑器。
在MF编辑器界面上，单击“变量模框索引区”中待编辑变量的小模框，使其边框变粗、变红，则界面下部“当前变量区”内就显示该变量的性态，以供编辑。
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。
双容水箱液位控制系统设计
双容水箱液位控制系统设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN摘要本设计以JBS-GK04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，实现计算机与现场设备之间的数据交换。
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；PID 控制；组态软件；参数整定AbstractThe design is based on the JBS-GK04 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, 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: LevelPID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 ......................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于PLC的液位控制系统设计
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
液位控制系统的硬件组成
计算机液位控制系统电路图如图所示。在本控制系统中、用计算机实现控 制算法, PLC控制系统带有A/D模块SM331和D/A模块SM332。电动调节阀作为 执行机构。
控制系统硬件电路连接图
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基于PLC的液位控制系统设计
液位变送器 : 采用液位变送器 BP800采用工业用的扩散硅压力变送器， 含不绣钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补 偿 。压力传感器用来对上水箱和下水箱的液位进行检测，变送器为二 线制，故工作时需串接24VDC电源 。
电动调节阀 : 采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。。 电动调节阀号为: QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、 推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作 方便等优点，控制信号为4—20mADC或1—5VDC，输出4—2OmADC的阀位信 号，使用和校正非常方便。
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基于PLC的液位控制系统设计
建立数学模型
被控对象的数学模型 :
将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型 就是h与Q1之间的数学表达式。根据动态物料平衡关系有:
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基于PLC的液位控制系统设计
表示为增量形式:
式中: ΔQ1，ΔQ2，Δh分别为偏离某一平衡状态的增量；A为水箱截 面积。
基于PLC的液位控制系统设计
本文设计的主要目的是控制下水箱的液位。使下水箱的 液位在某一比较小的范围变化。
研究对象是双容水箱的串级系统。 液位控制系统的组成：
控制器 电动调节阀 上水箱、下水箱 液位变送器等 电动调节阀用于调节上水箱的进水量大小，液位变送器 用于检测上水箱和下水箱的液位。控制器的输出量用于控制 调节阀的开度。
水箱液位控制系统
课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统班级：自动化0901班学号：**************指导教师：王姝梁岩设计时间：2012年5月7号----5月25号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。
在这次课程设计中，我们主要是设计一个水箱液位控制系统，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID 参数整定、传感器和调节阀等一系列的知识。
通过将电磁流量计和涡轮流量计分别作为主管道和副管道控制系统的调节阀控制水箱液位高度。
首先测取被控液位高度过程的图像，建立了主回路的进水流量和主管道流量、进水流量和水箱（上）液位高度、副回路进水流量和水箱（上）液位、双容水箱的进水流量和水箱（下）液位之间的数学模型，从而加强了对液位控制系统的了解。
然后，通过参数试凑法对PID参数的调试，使上述的模型能快速的达到稳定并且超调量和余差等满足设计要求。
最后通过MATLAB仿真实验，加深了对双容水箱滞后过程以及串级水箱液位过程和前馈控制系统的理解，对工业控制工程中对控制系统设计过程有了一定的认识。
在PID参数整定过程中，我对比例控制，积分控制，微分控制的作用、效果以及调试方法有了一定了解。
通过这次课程设计加深我们对《自动控制原理》、《过程控制系统及仪表》等科目的理解。
关键词：水箱液位控制PID参数整定串级控制前馈控制MATLAB仿真目录1．概述....................................................... - 4 -2．课程设计任务及要求......................................... - 5 -2.1 实验系统熟悉及过程建模................................. - 5 -2.2实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计.............. - 5 -2.3实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计.... - 6 -2.4实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计.......... - 6 -2.5实现副回路进水流量的前馈控制............................ - 7 -3 实验系统熟悉及过程建模...................................... - 8 -3.1 描述实验系统的总体结构（结构图及语言描述）。
水箱液位自动控制系统设计
目录摘要 (1)关键词 (1)引言 (2)1设计任务目的及要求 (2)设计目的 (2)设计要求 (2)2系统元件的选择 (3)有自平衡能力的单容元件 (3)无自平衡能力的单容元件 (4)单容对象的特性参数 (6)3控制器参数的整定 (7)参数的确定 (7)电动机的数学模型 (9)控制系统的数学模型 (10)PID控制器的参数计算 (10)4控制系统的校正 (11)控制器的正反作用 (12)串级控制系统 (12)5系统的稳定性分析 (16)系统的稳定性分析 (16)控制系统的稳态误差 (17)结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)水箱液位自动控制系统原理摘要：水箱液位自动控制系统就是利用自身的水位变化进行调节和改变的系统，它自身具平衡能力，并由电动机带动下自动完成水位恢复的功能。
水箱液位是由传感器检测水位变化并达到设定值时，水箱自己的阀门关闭，防止溢出，当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
关键词：有自平衡能力、无自平衡能力、电动机、单容对象、系统稳定引言液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。
液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。
根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。
结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
1 设计任务目的及要求设计目的通过课程设计，对自动控制原理的基本内容有进一步的了解，特别是水箱液位系统的设计。
能把本学期学到的自动控制理论知识进行实践，操作。
在提高动手能力的同时对常用的开闭环控制有一定的了解，在系统设计方面有感性的认识。
水箱液位控制系统
水箱液位控制系统水箱液位控制系统的原理：水箱液位控制系统是一种自动控制系统，其目的是通过控制进水量和排水量，使水箱中的液位保持在一定的范围内。
该系统主要由水箱、电动机、进水阀门、浮子连杆等配件构成。
当水箱液位下降时，浮子连杆会向下移动，通过传感器将信号发送给控制器，控制器将信号转化为控制信号，控制进水阀门的开度，从而增加进水量，使液位回升到设定值。
当水箱液位上升时，浮子连杆会向上移动，控制器会减小进水量或打开排水阀门，从而使液位回落到设定值。
控制系统元件的选择：在设计水箱液位控制系统时，需要选择合适的控制元件，如传感器、控制器、执行器等。
传感器需要选择灵敏度高、精度高的液位传感器，以确保液位检测的准确性；控制器需要具有良好的控制性能和稳定性，以确保系统的稳定性和可靠性；执行器需要选择响应速度快、控制精度高的电动阀门或电动泵等，以确保系统的响应速度和控制精度。
控制系统的参数确定：在设计水箱液位控制系统时，需要确定一些重要的参数，如控制器的比例、积分、微分系数，以及进水阀门的开度和排水阀门的开度等。
这些参数的确定需要结合实际情况和系统响应特性，通过试验和仿真等手段进行优化调整，以确保系统的性能和稳定性。
控制系统的仿真结果：通过Matlab/Simulink对水箱液位控制系统进行仿真，可以得到系统的响应曲线和稳态误差等性能指标。
通过仿真结果可以发现系统的稳态误差较小，响应速度较快，控制精度较高，符合设计要求。
设计总结：本文设计了一个水箱液位控制系统，并对其进行了仿真分析。
通过设计和仿真可以发现，该系统具有操作简便、可靠性好、运行成本低、可扩展行强等特点，能够满足实际应用需求。
同时，本文还提出了一些优化建议，如进一步优化控制器参数、加强系统的故障检测和容错能力等，以进一步提高系统的性能和稳定性。
参考文献：暂无。
在工业生产和日常生活中，经常需要对中的液位进行自动控制，例如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等中的蓄水量，以及生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器和电开水机的自动进水控制等。
单容水箱液位模糊控制系统设计
本科毕业设计论文题目单容水箱液位模糊控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间任务书一、题目单容水箱液位模糊控制系统设计二、指导思想和目的要求通过毕业设计使学生对所学自动化专业知识和理论加深理解，掌握自动控制原理以及过程控制系统和仿真的基本方法。
要求毕业设计中：1、建立系统的数学模型2、设计单容水箱液位单回路反馈控制系统，采用PID控制并进行仿真以及参数整定。
3、设计单容水箱液位模糊控制系统。
即设计一个两维模糊控制器，模糊控制器的设计为两个输入一个输出，模糊控制器的输出用来控制阀门的开度，调节水箱的液位。
4、模糊控制系统的理论设计计算以及仿真计算模糊控制规则可调整的液位控制系统的性能指标，进行参数整定。
5、比较水箱液位模糊控制和PID控制系统。
三、主要技术指标1、液位保持在480-510mm2、超调量≤5%3、稳定时间＜200S四、进度和要求1、1-3周：收集查阅资料；2、4-6周：完成总体方案设计和建模；3、7-8周：完成系统分析和控制规律设计；4、9-11周：完成仿真验证及修改；5、12-13周：完成毕业设计论文.五、主要参考书及参考资料（1）金以慧，《过程控制》清华大学出版社，1993.4 （2）刘永信，陈志梅，《现代控制理论》北京大学出版社，2006.9 （3）薛定宇，陈阳泉，《系统仿真技术与应用》清华大学出版社，2004.4 （4）胡寿松主编《自动控制原理》北京科学出版社，2007.6 （5）陈阳泉主编《过程控制与SIMULINK应用》北京电子工业出版社2001.4 （6）郝整清，《模糊控制及其MATLAB仿真》北京交通大学出版社208.3 （7）苏徽，《模糊PID研究》西安《工业化仪表与自动化装置》杂志社2001.4学生指导教师系主任摘要液位控制是工业控制中的一个重要问题,针对液位控制过程中存在大滞后,时变,非线性的特点,为适应复杂系统的控制要求,人们研制了种类繁多的先进的智能控制器,模糊控制器便是其中之一。
题目5 三容水箱液位定值控制系统
题目5 三容水箱液位定值控制系统一、程设计主要任务及要求1、了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。
2、应用经验法和动态特性参数法进行三阶系统PID调节器参数的整定。
3、分析PI、PID两种控制方式对本控制系统的作用。
4、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
二、课程设计使用的实验设备实验设备1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置。
2. 计算机及相关软件。
三、工作原理本控制系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-1 三容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图控制系统以上、中、下三只水箱串联作被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。
由第二章双容特性测试实验可知，三容对象是一个三阶环节，它可用三个惯性环节来描述。
本实验要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。
四、控制系统流程图控制系统的流程图如图5-2所示。
图5-2 实验控制系统的流程图在本实验中，被控量下水箱液位（检测信号LT3）和执行机构阀门定位器均为带PROFIBUS-PA通讯接口的部件，挂接在PROFIBUS-PA总线上，二者通过不同的访问地址加以区分，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP 总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，由于PROFIBUS-PA总线和PROFIBUS-DP总线都是双向传输的通讯网络，这样既完成了现场测量信号到CPU的传送，又使得控制器CPU315-2 DP发出的控制信号经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。
基于PID的上水箱液位控制系统设计毕业论文
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)基于PID的水箱液位控制系统设计班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (11)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (23)参考文献 (26)附录 .................................................................................. 错误！未定义书签。
第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC, PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
”基于PLC的液位控制系统可以很好的满足工业中的液位控制系统的要求，为控制带来便捷与准确，在现在讲求效率的社会里具有重要的实用价值。
在以前的工业中，液位控制的实现方法莫过于人为的去看然后去调，或者通过固定的液位开关，当液位达到一定的高度后液位开关自动闭合或断开来控制液位的。
随着自动化不断地发展，在工业中很多时候需要我们连续的去控制液位，时刻的去观察液位的高度，而且越来越多的时候需要在计算机上进行监测液位和控制液位，这就是本设计的目的。
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水箱液位控制系统的设计
首先，我们需要选择适合的传感器来测量水箱中的液位。
常用的液位传感器有浮子式传感器、压力传感器和超声波传感器等。
在选用传感器时需要考虑水箱的大小、形状和液位变化的速度等因素。
在测量完液位后，测量值需要经过放大和转换处理，以便与控制器进行连接并进行进一步的处理和分析。
放大和转换电路应根据传感器类型和输出信号的特征进行设计。
接下来，我们需要选择合适的控制器来实现液位控制。
液位控制器通常包括一个比例控制器和一个开关控制器。
比例控制器根据液位测量值与设定值之间的差异来调整输出信号，以控制水泵的运行速度。
开关控制器则根据液位测量值是否超出设定范围来判断是否需要启动或停止水泵。
在液位控制器中，需要定义一个设定范围，即水箱液位的上下限。
当液位超出设定范围时，开关控制器会发送一个控制信号，来启动或停止水泵。
同时，比例控制器会根据液位测量值与设定值之间的差异来调整水泵的运行速度。
另外，为了确保系统的可靠性和稳定性，还需要设计一套安全保护措施。
例如，在水箱液位过高或过低的情况下，可以设置报警装置，同时关闭水泵以避免故障或损坏。
此外，还可以设计备用水泵或备用电源，以确保在主要设备故障时系统可以继续运行。
最后，为了方便人机交互和系统管理，可以将液位控制系统与计算机网络进行连接，实现远程监控和操作。
通过远程监控，可以随时随地获取系统状态和运行数据，及时发现并解决问题。
总之，水箱液位控制系统的设计需要选择合适的传感器和控制器，并进行适当的信号处理和转换。
在设计过程中需要考虑系统的可靠性、稳定性和安全性，并提供方便的人机交互和系统管理功能。
通过合理的设计和实施，水箱液位控制系统可以实现自动化的液位控制，提高水资源的利用效率，并减少人力和能源的浪费。