液位控制系统的设计与实现计算机控制系统.docVIP

课程设计说明书 题 目：液位控制系统的设计与实现 学生姓名： 学 院：电力学院 班 级： 指导教师： 二〇一三年一月一日 内蒙古工业大学课程设计任务书 学院（系）： 课程名称：计算机控制系统 指导教师（签名）： 专业班级： 学生姓名： 学号： 一、课程设计题目 液位控制系统的设计与实现 二、课程设计的目的 通过本设计电气转换QZD型4～20mA电流信号～a气动模拟信号1] 张计科，王志和. 计算机集成控制系统课程设计指导书.呼和浩特：，2] 李炜，徐孝平．水力学．武汉：武汉水利电力大学出版社，2000 [3] 孔珑．水力学．北京：高等教育出版社，2000 [4] 方康玲主编.过程控制系统.武汉：武汉理工大学出版社．2002 [5] 金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社．1993 [6] 郭锁凤主编.计算机控制系统——设计与实现.北京：航空工业出版社．1987 审核批准意见 系（教研室）主任（签字） 目录 第一章 概述 2 1.1 题目背景及应用意义 2 1.2 本文内容及工作安排 2 第二章 系统组成及被控对象分析 3 2.1 系统组成 3 2.2被控对象数学建模 4 2.2.1双容水箱的一般数学模型 4 2.2.2阻力板流量特性分析 5 第三章 控制策略设计及仿真研究 9 3.1 控制策略设计 9 3.2 仿真研究 9 第四章 控制策略实现 12 4.1 组态环境下控制策略编程实现 12 4.1.1 创建实时数据库 12 4.1.2 双容水箱工程主画面 14 4.1.3 创建实时趋势曲线 14 4.1.4 创建程序动作脚本 15 4.2 运行结果分析 16 第五章 总结 17 参考文献 18 第一章 概述 1.1 题目背景及应用意义 随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时延的特点，应用常规的控制手段难以达到理想的控制效果，研究对非线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。每一个先进、实用的控制算法的出现都对工业生产具有巨大的推动作用。 1.2内容及工作安排 ① 系统组成分析 认真阅读设计中用到的实验装置的使用说明书，分析液位控制系统的组成、工作原理、特性参数。 ② 控制方案制定 制定液位控制系统的控制方案，包括拟采用何种控制策略控制、使用何种软件环境实现、计划达到何种控制效果。 ③ 水箱的数学建模 建立双容水箱数学模型并分析其控制特性。 ④ 控制策略设计及仿真研究 设计液位控制系统的控制策略，并在Matlab/Simulink环境下仿真研究，得到较为满意结果。 ⑤ 控制策略实现 将设计的控制策略在组态软件下实现，同时实现输入输出数据显示和曲线绘制、过程动画组态等功能。  第二章 系统组成及被控对象分析 2.1 系统组成 双容水箱实验装置主要由水箱主体、控制器、差压变送器、气动调节阀、电磁阀、水泵等组成，结构如图1.1所示。 图水箱主体是由两个透明有机玻璃水箱及阀门和连接机构构成，对每个水箱采用插入阻力板的方法来改变其流出量的流量特性，水箱横截面图如图1.2所示。 图根据动态物料平衡关系，单位时间内进入被控过程的物料减去单位时间内从被控过程流出的物料等于被控过程内物料存储量的变化率。 图 1.3 双容水箱液位对象 所以状态方程为 (2-1) 式中、为双容水箱的液容，、由所设阻力板流量特性决定。液容定义为引起单位位能变化所需要的容器中存储液体量的变化，容器的液容等于容器的横断面积。 2号水箱的液容 3号水箱的液容 2.2.2阻力板流量特性分析 由于每个水箱的水流经过阻力板后流出，阻力板板孔非常小，靠近板孔的水流向孔内收缩，水流不断加速，如图1.4所示。 图 对给定最大流量为1.0 m3/h 时，A=5mm，B=14.784mm，如图1.5所示 图 图 由于，相对于很小可忽略，由上式得 建立直角坐标系，取过阻力板底边的直线为x轴，过底边的中点垂直向上为z轴。实际液位高度为H，取z为积分变量，它的变化区间为[ 0 , H ]，采用定积分元素法可以求得不同液位高度时流过阻力板的液体流量。 当时 当时 下面先求： 令 ，则 ， 由于上式前两项非常小及 ，所以可简化为 实际的液体有粘性，在流动过程中必然有能量损失，因此实际流量比理想值要小，引入修正系数后，上式就为 (2-2) 实验测得 由式(2-1)、(2-2)得，