水箱液位自动控制新版专业系统设计.doc

目录 摘 要 1 关键词 1 引 言 2 1设计任务目标及要求 2 1.1 设计目标 2 1.2 设计要求 2 2系统元件选择 3 2.1有自平衡能力单容元件 3 2.2 无自平衡能力单容元件 4 2.3单容对象特征参数 6 3控制器参数整定 7 3.1 参数确实定 7 3.2 电动机数学模型 9 3.3 控制系统数学模型 10 3.4 PID控制器参数计算 10 4控制系统校正 11 4.1 控制器正反作用 12 4.2 串级控制系统 12 5系统稳定性分析 16 5.1 系统稳定性分析 16 5.2 控制系统稳态误差 17 结束语 19 参考文件 20 致 谢 21 TOC \o 1-2 \h \z \u 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本身水位改变进行调整和改变系统，它本身具平衡能力，并由电动机带动下自动完成水位恢复功效。水箱液位是由传感器检测水位改变并达成设定值时，水箱自己阀门关闭，预防溢出，当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达成控制液位目标。 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 液位自动控制是经过控制投料阀来控制液位高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，预防物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达成控制液位目标。在制浆造纸工厂常见有两种方法液位控制：常压容器和压力容器液位控制，比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）、电动实施机构和液位自动控制器组成。依据用户需要也可采取控制泵启停或改变电机频率方法来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，能够长久连续稳定在无人监控状态下运行。 1 设计任务目标及要求 1.1 设计目标 经过课程设计，对自动控制原理基础内容有深入了解，尤其是水箱液位系统设计。能把本学期学到自动控制理论知识进行实践，操作。在提升动手能力同时对常见开闭环控制有一定了解，在系统设计方面有感性认识。而且在进行系统设计时候碰到问题，经过独立思索有利于提升处理问题能力。在经过课程设计后，更明白自动控制原理设计通常方法，和在碰到困难怎么排除问题。 1.2 设计要求 我选择课程任务是设计一个水箱液位自动控制系统。 设计要求包含： 1有自平衡能力单元原件和无自平衡能力单元原件； 2控制器含有正反作用； 3系统含有自校正系统。 2系统元件选择 2.1有自平衡能力单容元件 假如被控对象在扰动作用下偏离了原来平衡状态，在没有外部干预情况下（指没有自动控制或人工控制参与），被控变量依靠被控对象内部反馈机理，能自发达成新平衡状态，我们称这类对象是有自平衡能力被控对象。 含有自平衡能力单容对象传输函数为 ? 这是个一阶惯性步骤。描述这类对象参数是时间常数T和放大系数K。 图1单容水箱 图1是单容水箱示意图。我们已经推导过水箱传输函数为 其中T=RC，T称为水箱时间常数。K称为水箱放大系数。一阶系统特征我们已经在时域分析中进行了具体讨论，全部结论全部适适用于单容对象。作为过程控制被控对象，单容对象时间常数比较大。 2.2 无自平衡能力单容元件 图2 单容积分水箱 图2也是一个单容水箱。不一样是水箱出口侧安装了一台水泵，这么一来，水箱流出水量就和水位无关，而是保持不变，即流出量改变量。在静态下，流入水箱流量和水泵排水量相同全部为Q，水箱水位H保持不变。在流入量有一个增量时，静态平衡被破坏，但流出量并不改变，水箱水位改变规律为 式中C为水箱横截面积。对上式两端求取拉普拉斯变换，可得水箱传输函数： ? 这是一个积分步骤。它单位阶跃响应为 图3 两种水箱改变比较 （a）单容积分水箱 （b）有自平衡能力单容水箱 图3（a）是水位改变曲线。为了比较，我们把含有惯性步骤特征水箱在单位阶跃输入下水位响应曲线也画出来，图3（b）所表示。很显著，含有惯性步骤特征单容水箱，在输入作用下，水位经过一个动态过程后，能够重新达成一个新稳定状态。而含有积分步骤水箱在受到一样扰动以后，水位则无限地上升，永远不会达成一个新稳定状态。我们称这种水箱为单容水箱。含有积分步骤特征单容对象传输函数能够表示为??式中称为飞升速度。其单位阶跃响应为??? 这是一条直线方程，图3（a）所表示。是直线斜率。当被控对象原来平衡状态被扰动作用破坏后，假如不依靠自动控制或人工控制外来作用，被控变量将一直改变下去，不可能达成新平衡状态。我们称这类对象为无自平衡能力对象。 2.3单容对象特征参数 被控对象有没有自平衡能力，是被控对象本身固有特征。图4给出了两