水箱液位控制系统的设计及实物调试

1、自动控制系统课程设计1、设计题目：水箱液位控制系统的设计及实物调试2、设计目的1、加强对自动控制原理这门课程的认识，初步认识工程设计方法。2、通过对水箱液位控制系统的设计，进一步理解书本知识，提高实践能力，增 强分析问题，解决问题的能力。3、学习并掌握Matlab的使用方法，学会用Matlab仿真。4、学会对仿真结果进行分析，计算，并应用到实践设计中去。3、设计设备1、ACCC- I型自动控制理论及计算机控制技术实验装置2、数字式万用表3、示波器4、MATLAB 软件4、设计任务复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解水箱液位控制系统的工作原 理。总体方案的构思根据设计的要求和条件进行认真分析

2、与研究，找出关键问题。广开思路，利 用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框 图。总体方案的确定可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。系统实现搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将 设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据5、设计要求分析系统的工作原理，进行系统总体设计。选择系统主电路各元部件，进行主电路设计，并完成系统调试。构成开环系统，并测其动态特性。测出各环节的放大倍数及其时间常数。分析单闭环无差系统的动态性能。比较开环时和闭环时的动态响应。构成水箱液位闭环无静差系统，并

3、测其动态性能指标和提出改善系统动态性 能的方法，使得系统动态性能指标满足。% 5%,七 0.2s,七 0.55。6、MATLAB软件仿真1软件仿真部分设计要求1、参考文献【1】完成对电机的数学建模，拉普拉斯变换后得到系统的传递函数;2、带入表中的水箱液位系统参数，求出系统的开环传递函数；3、绘制出系统的开环传递函数的单位阶跃响应，分析系统的单位阶跃响应，得 到相关性能指标；4、分步骤实现系统的PID校正，分别进行比例控制(P)校正，比例微分控制(PD) 校正，比例积分控制(PI)校正和比例积分微分控制(PID)校正；5、运用自动控制原理知识分析系统的性能特征，从阶跃响应性能指标，频 域特性等角

4、度分析系统校正前和校正后的性能；6、设计后的系统满足如下性能指标：b % 5%,t 0.2s,t sisotool(G)按回车键进入SISO系统设计工具进行系统设计。(2)将模型载入SISO设计工具通过命令载入模型，完成整个系统的闭环结构，根据系统的相关参数，可知 需修改 H = 3.54，F = 10。通过调节系统增益来改善系统反应速度，通过增加积分环节以调节系统的稳 态误差，通过增加调节函数的零极点并调节零极点位置来改变系统的稳定性减小 误差，通过以上各项措施来改善系统的性能指标并最终使系统达到要求的性能指 标1.调整增益图 5.3.12.增加超前校正网络并调整超前校正网络的零极点分布图

5、5.3.23.系统仿真波形图5 viewer回 Real-Thie Update0. 后.,.4.2 0.QJpnud 导图 5.3.3由系统 仿真波 形图可 以看出 七=0.005s 0.2 s , ts = 0.0081s 0.5s ,C % = 0.697% i时，当液位实际电压达到U，时，通过反馈回路输出的 反馈电压已经达到U，比较器输出电压为零，系统认为实际值已经达到给定值，I导致水泵停止工作；通过推导可以得出，若 & 1,那么只有当实际值达到 %&时，反馈输出才为Ui，此时比较器输出为零，水泵停止。所以可 以认为改变反馈回路的增益使其为原来的&倍时，相当于间接的改变给定值为原 来的1 &倍。8、当合上出水阀，闭合水泵驱动电源开关，进水阀开始进水，液面开始上升， 此时，液面输出电压上升，水泵输入电压保持不变，比较器输出电压上升，反馈 回路反相器输出电压下降(液面电压上升的结果)；当液面达到给定值，此时液 面不再上升，相对应的液位输出电压不在上升，并且与给定电压相等，水泵输入 电压迅速下降为零。比较器输出电压为零(给定值与实际值相等)，水泵停止工 作；突然打开出水阀一段时间，此时，液位下降，液位输出电压下降，开始小于 给定值，比较器输出电压不为零，水泵输入电压迅速恢复，水泵开始工作直至液 面回到给定值。通过对电路的分析与推导可以得