自动控制课程设计-—三容水箱液位控制系统设计.doc

自动控制课程设计 ——三容水箱液位控制系统设计 指导老师 李 斌 专 业 电气工程与自动化 姓 名 周 欢 学 号 631224060332 2014 年 12 月 目录  TOC \o 1-4 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc369256041 1 问题描述  PAGEREF _Toc369256041 \h 1  HYPERLINK \l _Toc369256042 2 建立模型 2  HYPERLINK \l _Toc369256043 2.1被控量的选择 2  HYPERLINK \l _Toc369256044 2.2操控量的选择 2  HYPERLINK \l _Toc369256045 2.3模型的选择 3  HYPERLINK \l _Toc369256046 2.3.1单容水箱数学模型 3  HYPERLINK \l _Toc369256047 2.3.2双容水箱的数学模型 5  HYPERLINK \l _Toc369256048 2.3.3三容水箱的数学模型 6  HYPERLINK \l _Toc369256049 3 算法描述 7  HYPERLINK \l _Toc369256050 3.1算法选择 7  HYPERLINK \l _Toc369256051 3.2控制器设计 7  HYPERLINK \l _Toc369256053 3.2.1 PID调节器 7  HYPERLINK \l _Toc369256054 3.2.1.1 PID调节器参数初值 9  HYPERLINK \l _Toc369256055 3.2.1.2 PI调节器 9  HYPERLINK \l _Toc369256056 3.2.1.3 PID调节器 13  HYPERLINK \l _Toc369256057 3.2.2 串级反馈调节 13  HYPERLINK \l _Toc369256058 4 参考文献 19  三容水箱液位控制系统的设计 1   PAGE 1  PAGE 19 1 问题描述 本次设计以软饮料中的植物蛋白饮料的生产为背景进行设计。 植物蛋白饮料的生产工艺流程图如图1所示。生产过程大致为：原料选取浸泡磨浆过滤调配一次均质二次均质封装杀菌成品。其中过滤、调配、均质均可以在物料罐中进行。其中过滤，调配，均质等均可在物料罐中进行。在过滤环节将植物如大豆浸泡去皮后加入适量水研磨成浆体，经离心过滤机过滤分离，除去残余的豆渣和杂质等。调配环节将过滤后的浆体先加水稀释，然后按比例加配料。均质环节将调配后的浆体经均质机均质，使浆体进一步破碎，更加细腻。在生产过程中，可以将这三个环节看为一个三容水箱模型来进行相应的控制。 图1 植物蛋白饮料生产流程图 现代生产过程中将检测技术，自动控制理论，通信技术和计算机技术结合在一起组成一套完整的过程控制系统，三容水箱模型简化图如图2所示。 图2 三容水箱模型图 1、物料从上级进料口进入过滤罐； 2、三个物料罐从上至下分别为过滤罐，调配罐和均质罐，三个罐大小相同，底面积均为5，高均为6； 3、罐的出口均在罐体侧面底部且出料口直径均为； 4、进料口的压强为定值，即只要控制V1的开度即可控制流进三容箱系统的物料量，有如下关系：；其中为进料口流入的物料量，为比例系数，u为阀门的开度。 现要设计控制系统控制物料罐F3内液位高度保持与设定值一致，对物料灌F1和物料灌F2中的液位高度无特殊要求，可将泵保持为全开状态。控制系统参数如下： 三个水箱的截面积：； 三个水箱的最大深度：； 三个水箱的初始液位：； 三个水箱从高到低依次安置，上一级出水口在下一级进水口上方 所有管道直径：，管道长度对控制的延时影响忽略不计； 液位变送器采用BTY-G系列光纤液位变送器，测量范围：，输出：，环境温度：； 调节阀采用ZRQM系列智能型电动调节阀，输入信号：，输出行程：，环境温度：,=0.012，线性阀阻R=0.01229。 2 建立模型 2.1被控量的选择 被控量的选择是控制系统的方案设计中必须首先解决的重要内容，他的选择对稳定生产，提高产品的产量和质量，节料节能，改善劳动条件，以及保护环境都有决定性的意义。而被控量的选择要求设计人员必须根据工艺操作的要求，找出那些对产品的产量和质量、安全