双容水箱液位控制结题评测报告

1、自动控制系统课程设计双容水箱系统结题报告学校：北京工业大学学院：电控学院专业：自动化班级：组号：第五组组员：实验日期：指导教师：目录、课程设计任务2、被控对象的模型及分析2三、系统控制方案论证 5四、控制结构与控制器设计步骤6五、实验过程论述 8六、 实验结果及分析10七、总结10八、附录11一、课程设计任务1、课程设计目的1）掌握自动控制系统的分析与控制器设计方法。2）掌握基于MATLAB勺系统仿真方法掌握基于物理对象的控制系统的调试方法5）培养编制技术总结报告的能力。2、被控对象：双容水箱系统3、性能指标要求衰减率4:110:1,超调量Mp10%调节时间Ts45s,稳态误差 回二、被控对象

2、的模型及分析1双容水箱的数学模型双容水箱液位控制结构图如下图所示：进水VQ1对于式1-6)所示的二阶过程，0.32ti/t2=K/(TS+12/2*2.18)过曲线的拐点做一条切线，它与横轴交于A点，0A即为滞后时间常数ToF图为我们组建立的数学模型:1、选用的控制方法:2、控制方法简介PID控制器各控制规律的作用如下：1 ）比例控制P）:比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出 与输入误差信号成比例关系，能较快克服扰动，使系统稳定下来。但当仅有比 例控制时系统输出存在稳态误差2）积分控制1）:在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分 成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态

3、后存在稳态误差，则称此 控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积 分项对误差的累积取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会越大。这 样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出 增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。但是过大的积分速度会降低系统的 稳定程度，出现发散的振荡过程。比例 +积分（PI控制器，可以使系统在进入稳 态后无稳态误差。3）微分控制D）:在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分 即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。其原因是因为存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑

4、制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作 用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。诡节规 律优点 A脱用P灵敏、简单，只有存在静差负荷变化不显著.工艺拾 标要求不高的对象.PI能消除静羞.又控 制灵敏对于滞后较大的对 象.例枳分调节成 慢.效杲不奸.应用于调节通道容屋滞岳 较小、負霜变化不大、稱 度要求高的调节義统。例 如，流罐调节緊统増逬调节系统的稳逐步逼近法是先副后主，逐步逼近具体步骤为：先断开主回路，整定副控制器。后闭合主回路，整定主控制器。重新调整副控制器参数。若未达到控制要求，再调整主控制器参数。以上3、4步骤循环进行，直到满足控制指

5、标为止。对于不同的控制系统和不同的品质指 标要求，逐步逼近法逼近的循环次数是不同的，所以往往费时较多 仿真及PID参数调节：1.04v副回路整定参数：P: 35 也就是我前面所陈述的传函的测试与建立，以及我们组所选择的串级控制系统和 PID整定方法）此阶段我们组完成的还算比较顺利，虽然不能保证所得传函一 定百分百准确，但PID参数的调试及仿真结果还算比较令人满意。最后便进入到了实时控制阶段。当我们天真的以为仿真调参过后已经接近的差距。当成功的时候，实时控制的结果告诉我们，理想和现实果然还有一定 我们搭好模型并采用我一们仿真所调试的参数进行测试后惊奇并失望的发 仅响应曲线不对，连液位都无法稳定。

6、一阵挫败感过后，实验依然得继 们便进入了新一轮的调参活动中，最终 主回路 用比例积分控制们随意给o1给定2cm主水箱以加水的方式引入扰动E当我们随意给续K技术指标：Mp=0 Ts=75s Ess=0 加扰动后：Mp=0 Ts=65s Ess=0 2给定4cm技术指标：Mp= 7.5%Ts=110s主水箱以加大阀门开度的形式引入扰动加扰动后： Mp= 6.25% Ts=75s六、实验结果及分析实验结果：从图中可以看出，在我们随意给定 2cm 和 4cm 以及加入适当扰动 后，系统依然能恢复稳定并保证无静差且响应曲线较好，但因为更正系统参数 后时间紧迫使得在选择 PID 参数时不够精确，导致响应时

7、间未能达到小于 45 秒。分析：纵观我们组整个实验过程以及最后响应曲线的呈现，我总结出以下几个 问题： 1）仿真的阶跃响应曲线与实际曲线之间存在一定的差别。仿真处于理想状态，而实际是不可能处于理想状态的，系统受到了个个方面的 干扰，其次，我组在计算系统参数的时候采用了大量的近似计算，所以这也有 可能造成了仿真与实际系统之间的误差。2）实际液位与示波器显示的差别 这个问题是我们组在进行实时控制时遇到的。刚开始我们以为是仪器坏了，可 后来经过验证，结果有两方面原因： 1 从头开始我们组的万用表就是坏的 2.因 为变送器的跳变使得水箱的线性关系并没有那么准确。 以上内存512M以上硬盘不限操作系统最

8、好WinXP显示设备17寸显卡要求64M以上用户名不能使用中文2.上位机程序适用于 MATLAB6.5版本MATLAB控制产品集支持控制设计过程的每一个环节，可以用于不同的领域，如过程 仿真与控制、汽车、航空航天、计算机和通讯等领域。使用MATLAB高级编程语言，能使控制系统的设计和分析更加方便，编程者只需花很短的时间就可以开发出控制算法复 杂、绘图功能强大的程序，以实现对数据、方程和结果的显示。注：实验程序处于运行状态时，不能强制对界面进行最小化操作，否则将出现错误。二、上位机软件的使用说明1、仿真部分使用说明1.1 双击任何一个模块，都可以修改其参数。仿真过程中，只需按照实验指导书的内 容

9、，修改仿真窗口中相应模块的参数。建议不要随意改动，如有改动，关闭窗口时，不要 选择存盘。1.2 当达到仿真结束时间，而示波器不能完整地显示仿真波形时，可通过同时修改仿 真参数和示波器参数实现。仿真参数的修改方法：按住 Ctrl+E 键，在弹出的窗口中修改 Stop time 的值。示波器参数的修改方法：在打开的示波器窗口中点击 Parameters 图标，在 弹出的窗口中修改 Time range 的参数。修改完成后，示波器的 Time range 值必须大于或等 于仿真参数的 Stop time 值。1.3 示波器的 Y 轴显示范围的修改可通过右击示波器窗口，选择Axes Propertie

10、s 项，在弹出的窗口中修改 Y-min 和 Y-max 的值。1.4 每次参数更新后，需点击 Start Simulation 图标进行仿真，这样才能看到新的结果 实现的。 RTW 是 MATLAB 图 形建模和仿真环境 Simulink 的一个重要的补充功能模块，它是一个基于 Simulink 的代码自 动生成环境，能直接从 Simulink 模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目 标配置自动生成多种环境下的程序。3.1 在进行控制理论的 MA TLAB 仿真与控制实验时，系统运行需要 MATLAB6.5 的支 持。用户在实验前应安装好该软件并对其工作环境及相关编程工作较为熟悉。

11、3.2打开MATLAB6.5软件，查看 MATLAB的当前工作路径 即Current Directory所显示 的路径），并将提供给用户的光盘控制程序不是文件夹）拷贝到 MATLAB 当前工作路径中。3.3 利用产品所附带的采集卡驱动光盘，安装相应的驱动程序。3.4打开研华PCI-1711数据采集卡自带的测试程序，测试采集卡的模拟量输入、输出 通道是否正常。注：每次实验前都需进行此项操作。3.5打开MATLAB6.5软件，为了配置好 MATLAB编译器，则在命令窗口中进行如下操 作：输入rtwintgt -setup ”并按回车键，然后输入y”；输入“ mex -setup”并按回车键，然后输

12、入“y”，接着在编译器的选择中选择“ Microsoft Visual C/C+ version 6.0 ”项，最后输入“ y”。3.6在MATLAB命令行窗口中输入 klsyxm，按回车键，这时弹出如图 1所示界面。图1实验主菜单3.7当完成实时控制实验时，必须对An alog In put模块和 An alog Output模块进行配置，下面将以 An alog In put模块为例进行说明。双击An alog In put模块，FCI-171DFCI-1710HGFCI-1711Block ParaAeters: Analog InPCI-1713RTWin Analog I叩ut (m

13、ask) (ink)R mH ime Windcmis Taget malog input unri.PCI=1720PCI-1731PCI-1750Daid acquisition boardPCI-1751 Install new lioard AdvantechDelete current biFCI-1T52rCl-1753FCI-1753ErPaarto.tloc Dtric Ajci omPCI-1754FCI-1T56Cempul erBurdsB注ta. Tr：aiLslatioaPCL-1S0DPCLr-TUB1训nKumus&ftFCW12BliIntelli gent InsIrumentati on *Eei thley MetraEjteFati hal InitEQuanserSisithUfxe SolutionsSensorayStandard DevicesTechnology 80FCL-714FCL-722FCL-724FCL-725FCL