水箱液位自动控制系统的设计

1、I*自动控制原理课程设计说明水箱液位自动控制系统的设计姓学学专名:口号:院:业:指导教师:2018年1 月目录SOB咖政5.啟號性分析骗正10'6*系縊真附录參考文献111112r设计题目液M系统原理如卜囲所示.（1）IW般贡札分析系统的工作陳眩胎锻控对叙酬斛淞旅 耐療统方H渦（2）分析系剜个坏剛输入铀关魚代入揪參散求H啄统传遍前忆（3） 分折域性施乩频域件监（4）运用朋迹法畅帼加系叙使2縱淞加折标呱求（罰囁 件砒恢求就）（5）分脚校忸眦求应川MAUAB；儿細阚艸I*二-设计报吿正文K摘在枚金纟空济E速发展的釦减，水在人门生活和4：产中ib!普越来越朮的作用. 在工业生产以及H常牛胡应

2、用中.常帑会需耍对界器中的液位进打门动控制比 如fl动控删水ffb水池.水t樹炉爭磔器中的«水氐生活抽水马M的f【动 补水控制，n动电热术器.电开水机的n动进水控制筲,所以水ffi液位控制系统 隹生活成为必不M少的东西.坡计一个合理.#3定性强W水箱液也押制系统对 生活他敕文朮人,一个完金的水撷液位控制系统主要山水箱电动机进水阀门. 浮子连杆等配件构成：操作简fit M樣性好.运行成本低，町扩展了强等特点, 本文对给世的水箱液ft控制系统进仔分析.価出结构矗阳，貓述毎1个元件的的 数.并埒出毎个元件的传递函数*用血tWb/sizlink对糸统进trttrt并分析 结 5|i*关M字：

3、水ffl液位控制系统 业动机醴槌传通rfift2.系统的ffl成分析fl动控制系统的级成（1）n动控制系统山控制I对«1和制动控制段备乩成.即由押制对您.传S器. 控制黑和执行湍所组成的闭环桂制系统.（2）所谓的控制对象览ffi所需控制的机器i殳縮，或生产过程-（3）破控参数地所骷ft制和调节的物理届或状感摻数化.即控制对勲的输岀e 氏如閑炉淋匮、水箱水昭（1）被控螫散的预定他t理M）称为给定他（设定值）给宦價与被控«£的 测WFLZ«成为偏於.（5）扰动足ffi除给建愉入Z外.对系统的输出“影响的佔寸的总称.（6）传感雄楚ffi把般控螫ft成比M地转变

4、为具地物fflUKH；的原件眦仪表.如 鷄电耳IMA电偶即M传感器術发出的個号与辭而控制所3S求的悄L；不一致时. 则常嘤加一个变送欺将VM的输出悄U转换成filfillJf耍求的侑氏（T）控制器扯将传感器送来的佶U与给定血进行比牧，根据比较结果的僞澄 大小，按照预定的用制期探输出建制借号的原件或仪衣.（8）执行器是动力部件”它根据控制器送来的控制信号人小攻变调节阀的刑£ 对控制对1施加挖制作用 «控对陳保持在给宦值.3.帥I廉斛模ifi从剛IfII'1!1如！丨“I 'r6*电助机*液位桦制系统韓型脱位怦刪系统的任务业便液面!naft忡在一设世的他1：.系

5、统备r无件如 卜 1(1),，.，(5),IturFMttr训水Qj被辭州娥水ffi放大Jett：电圧放大耻功率放大黑 伙行元ft：电动机 «速器側门 测fit元件：浮子iUF 翩fib水箱液位(6) .给定凤：电位器给定电用U (唧液位的冷删H)(7) .输岀S：实际水位H体工作廉理：当电位器电刷位于中Wftft时(对m电压U)Bj.即水 位处在帝划的翩£啊时出水歌尊进水轧此时电动机不动*系统处在半衡状 鼠,ruM或N冰尿发生变匕当液面升1<«时浮子佩乳也相歳升麻逓过札杆 作用述电位黑电刷从屮Mttir下臥产生电位熱通过放人器放九恰电动机一 个押制；电肚驱

6、沏11动机述过速器小进水的门斤jf* tt进入水ffl的液休流 «少，这帐斶币下陥浮子位Iff郴应下阳rt列电ft器电紳口曲川啊位亂系 统m新恢:uY»f- sz.液位卜询*系维金贈大进水阀门开腹加大进水m 14冊到耐M度.系统的方块国加下：*0_片玻人胖卜t| 赳动I片减速I_彳进水侧门规将毎个坏节用s域的传递函數我示，画出系统动态结构图如下图所示:lbK6 *KL放大元件传递的数，是设定电位与反ta信号比较后输出的误差信号经放大器JG增益的船2敬G2:电动机传递歯数，她输入电斥与电机转速的或也机釉转ffl的传递雷ft.2 =岛心阴块开坏增亂TMJ晌陋是-5说数.K3:减

7、速器传递函K3= 1/1, i为速比K4:进水阀门的传递系数.电机转动实现了阀门的开度调节.进而控制入水最,电动机转速与入水量可以简化为一个K4G5:入水a与水箱液位的传递歯ft"K6:浮子连杆传琲甫数.液检通过浮子反映在电位匕的传递隊数.根据以上5域方框图及毎个元件的传递函ft.可U将整个系统tl纳为:系统的闭环传递函数为:広)-占(/> + 1)( Ts + 1) + K'KdhK'KdU4.第统*ft选择(1人放大黑：枚大单无将®值信号放大，以方锲驱动电动机放史倍&为 没疔a纲.故可ts Vio.即放大10倍。u. (l)-l -+K&g

8、t;.t)+E,(2) 、Ki动机：电枢回路电圧平»方程卅皿)为输出馭叫(t)为输入S的ft流电动机微分方粘讥晋 +(从+K 丁警 +(RX + c.c,>.(t)在匸W应用屮.犹傑眶朋庖路也5»k较小.通常忽略不计* Wrftj I.式可简化为屯* 叫°)"瓦叭 <0-KM, (t)式屮人=RJ J(R L + qCJ血社劫机的吋M常数；"q/(K必+CQ,人= K/K KCJ是电动机传谨系么 上面我心已经求的电枢控制i流电动机简化后的微分方程为；式中卩)可视为负载扰动转矩.5)=4 瓦 由传递|«!崔姑rn/i；也心归

9、瓦s(V+O卜囲足它的方框图Clm (s>耳可取输出转速与输入电压之间的传递函数为:G* 阊=_3 s(O.ls+l)(3) 城速器：是一个比例环节，将电机输出的大的转速转换为比较低的转速 可取传递惭数为： = /f3 = l/8W1(4) 进水阀门传递呦ft:设糾门关闭时的餡度为零.全部打开的紡度为tld 传递关系为变比系ftKw故：a(S)-K4*W2 Ce)町取传递函ft为:n (s) = -*Qni(E)4I*15(5),炖：'=岛.他也这个翎細时，酬水細針棚等效为一个RC网络电路只中A壯R. T二RC, C称为水容盧义为水sm底而 札R称为水轧点义Ji产生单.位流砒变化

10、需婆的液位S.可収传递输数知6%畑1(6)1.从秤了到电位器:浮了由I于液位岛用变化金与札朴支点和平衞位HA形 成一个彻K0.为液位在恨小初期内变化时可W近似认为变化.乂电 位器愉出I町円融点fN聘¥衛付丹他朋之间的曲邇用澈为U®K欣臥町得也未变化抑丄j电位器输川电用ZM传逼曲为U(s)*Ah .故可収传递*1«!划U(s)=l*Ah,5系统稳定性分析与矫正(1)分析i代入#环节传递曲ft萝&可御系统的开坏传递为:3.5G丽裁朋话二" sfI；+l)(Ts+l)i O'.O5s+O'6r+s闭耳传递函为:0(0*°>

11、;(T,> + l)fr>+l) + K,K,K,K*K,K,0,05b + 0.6s S + I5系m环波締用弘I*Gffl- 1lLTdBtfll4JT rSdh.|. Ptti - ZB.? leg (Al 3.Hr4d?|7由图可刨-相位惰度为！升書28T, WfrtttfJS为：h“QJdB戲止W率.为：=条址丫内帕位脉冲响应如K：I*ImpulHi RcspcnBe4Tim? iBflcrnil<rimt IsflDond訂系统阶跃响应如下:0.5 H可如 系统的超=调节时间为久63齿.桥止：®求系統的相位裕度745%.开坏哉止频率玛小严%.由1于叫0力

12、，7因此町采用趙曲桥止SJ坐 ihffilWtII位趙冊fft为 % =7-Zo + (货-2(n二般-28严 + (5J 20% 30。= 0J3JJ确定新的开环截止频率叫-圧叫出应该盯L3.H L倾.(MiilHatlab从Sm频率特性图可得h姑存后玛=1层吆补偿堪益为* K-i-Ja15所以校正 W传递(*1数为1 G金” *0 18?a + l所以14正麻的开坏传過ri%数为:GW-n(f)*n (i).竺业* '0J85S + 1 0057+07+(校止后蜿统歼坏波特图*昭埠 DUtgr#m&n = 12j4 dB 1 rSd ractxl, Pnii = 45.3&

13、lt;h)g IftracU)13*1一咱七pnMB壬一Aop：! S卫d幵环蔽|1.顿率为：现=3 1尹%“0门後：裁求郴位耶匝为：处y苻釦夏求.0心*丄松【I h i网I外竹递闻数小 就时吉卫乞.tM跡,1 亦S o亦 71 + G<s) w+ZMa】*J 30 l!5if * I O Og J + O G tf +s1.4ftprlndu*g*0&H25HRJtfteh糸统mtgiMtMp - 23.1%词训寸间对h M丄k由此可知，校正后的系统性能比校正前大大提升，而且符合预设要求。乩聚擁仿真任Sktl訪中削ISimuHnk仍点系址.新建Sbnuliiik Model,并

14、绘制出紊统框KSlep 卜a.56fe*i 1? TrDnbrFCn*>总 I_TrziBfv Rn131osK.5 1站凶 1rranlv FCn5Gflha<hII输出波形符合要求三.总结此次设计帀点对泵统的&定性也进行了分析.对系统ffi需妥的沛分元件也逬 行必嗖的分析，并对部好部件建立&学揆熨 通过衣;X课稈i殳汁，学到门艮 參U没存的冻肌隹-个E址期的时何里.我学会如】何圧址饭的时何内 到訂己需蹩的瓷楸这览我此次踐计的个收抓同时此次i殳计也灯打我时门 功控W理论的进步研丸* r解了系统&定性对控制系统的申响用时域 分折方i交和频域分折加瓷时i殳汁进

15、行分析除此Z外.这次课程设计充分利用到 Hat lab辅助分析，熟悉的M吕thb的常用操作，的确是一个很仃用，fti强火的轶 件.同时也通过賈阅相天蹩料.i&( G/JjT ；£riK这个设il也足讣我很Tf收获的 方ffla四附录用Matlab进行分析时所需程序代码:den=0.05 0.6 1 0; num=3.5;G=tf(num,den) %原系统开环传递函数 G仁feedback(G,1) %原系统闭环传递函数 margin(G) %原系统伯德图step(G1) %原系统单位阶跃响应 impulse(G1) %原系统单位脉冲响应 num仁co nv(0.566 1,3.5)