液位自动控制系统设计ppt课件.ppt

液位自动控制系统设计 魏豪11223054 1 目录 一 引言二 液位自动控制系统原理三 系统分解3 1各部分传递函数3 2系统整体传递函数四 时域分析五 频域分析六 研究结论 2 一 引言 过程控制是自动技术的重要应用领域 它是指对液位 温度 流量等过程变量进行控制 在冶金 机械 化工 电力等方面得到了广泛应用 尤其是液位控制技术在现实生活 生产中发挥了重要作用 比如 民用水塔的供水 如果水位太低 则会影响居民的生活用水 工矿企业的排水与进水 如果排水或进水控制得当与否 关系到车间的生产状况 锅炉汽包液位的控制等 可见 在实际生产中 液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本 经济效益甚至设备的安全系数 所以 为了保证安全条件 方便操作 就必须研究开发先进的水位控制方法和策略 3 二 液位自动控制系统原理 如图1所示 当电位器电刷位于中点位置时 电动机不动 控制阀门有一定的开度 使水箱中流入水量与流出水量相等 从而液面保持在希望高度上 一旦流入水量或流出水量发生变化 水箱液面高度便相应变化 4 三 系统分解 相关参数如下 放大器增益K Gf s 代表浮子 杠杆部分传递函数 Gm s 代表直流电动机部分传递函数 Gs s 代表水箱控制部分传递函数 Gv s 代表阀门控制部分传递函数 5 3 1各部分传递函数 浮子 杠杆部分式中Ku为电压与液位高度之比 传递函数为 阀门部分传递函数为 水箱控制部分传递函数为 电动机控制部分传递函数为 6 3 2系统整体传递函数 则系统的开环传递函数为 从而得出系统的闭环传递函数为 7 四 时域分析 8 四 时域分析 2 当给定输入信号为单位阶跃信号时 用MATLAB软件绘制出系统输出信号的响应曲线图 同时求出系统过程中的超调量pos 峰值时间tp 调节时间ts 程序1如下 clearnum 60 den 1 11 60 t 0 0 1 4 sys tf num den y step sys t plot t y grid 求系统超调量pos 峰值时间tp 调节时间ts maxy max y yss y length t pos 100 maxy yss yss fori 1 1 40if y i maxy n i endendtp n 1 0 1fori n 1 100if y i 0 98 m i break endendts m 1 0 1 9 四 时域分析 输出信号的响应曲线图如下图所示 运行结果为 pos 4 1426tp 0 6000ts 0 8000因为该系统是I型系统 在单位阶跃信号的输入下 其稳态误差为0 说明放大器增益K 6取得合理 该液位控制控制系统能实现其功能 10 五 频域分析 前面时域分析中 已经得到液位控制系统的开环传递函数 根据Nyquist稳定性判据I 如果开环是稳定的 那么闭环稳定的条件是 当 由 时 Wk j 的轨迹不包围 1 j0 点 所以由图5中可以看出 该控制系统的Nyquist图中开环传递函数没有包围 1 j0 这个点 即液位控制系统的闭环传递函数是稳定的 接着研究液位自动控制系统的对数频率曲线 同样的用matlab软件绘制bode图 进一步分析系统的稳定性及稳态误差 11 五 频域分析 通过求出的对数频率特性图6中 穿越频率Wc对应的PM值是大于0的 根据最小相位系统是稳定的 则相位裕量要大于零的依据 我们可以得出该液位自动控制系统是稳定的 12 六 研究结论 利用第一次课程设计得出的控制系统数