基于MATLAB水箱液位控制系统的设计课程设计.doc

太原理工大学 过程控制系统课程设计 设计名称水箱液位系统的控制设计 太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告 太原理工大学现代科技学院过程控制系统课程设计报告 - PAGE 52 - - PAGE 53 - ……………………………………装 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………… 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 第5章 利用MATLAB进行仿真设计 ..20 5.1MATLAB设计 20 5.2 MATLAB设计任务 2 h 1 5.3 MATLAB设计要求 2 h 1 5.4 MATLAB设计任务分析 21 5.5 MATLAB设计内容 2 h 5 5.5.1主回路的设计 2 h 5 5.5.2副回路的设计 25 5.5.3主、副回路的匹配 26 5.5.4 单回路PID控制的设计 27 5.5.5串级控制系统的设计 h 32 5.5.6串级控制系统的PID参数整定 34 形球阀具有近似等百分比的调节特性，适用于不干净、含纤维介质可调比较大的调节场合。球阀价格较贵。 （9）偏心旋转阀 该阀介于蝶阀和球阀之间，自洁性能好，调节性能好，亦可切断，适用于不干净介质和泄漏要求小的调节场合，但该阀价格较贵。 3.3 PID控制器的选择 控制器是控制系统的核心部件，它将安装在生产现场的测量变送装置送来的测量信号与设定值进行比较产生偏差，并按预先设置好的控制规律对该偏差进行预算，产生输出型号去操纵执行器，从而实现对被控制变量的控制。 常见的PID控制器形式主要有三中：（1）硬件型，通用PID温控气；（2）软件型，使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器上做PID控制器；（3）使用变频器内置PID控制功能，相对两种来说，这种叫内置型。这三种控制器形式各具特点。 PID温控器 现在PID温控器多为数字型控制器，具有位空方式、数字PID控制方式以及模糊控制方式，有的还具有自整定功能，如富士PWX系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变，考虑到抗干扰性，一般将输入输出类型都设定位4—20mA电流类型。这种PID形式的主要优点有：操作简单、功能强大、动态调节性能号，适用于选用能过的变频器性能不是很高的应用场合，同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。缺点是：PID调节过于频繁，稳态性能稍差，布线工作量多。调试注意要点：P参数值不应太大，一般为0.5—1；参数和D参数的比值大约位4：1参数的值一般位6s—16s；由于PID温控器的响应快，为了防止调整过程中压力波动过大，变频器的上升和下降时间应调大些，推荐30s—80s；设定PID温控器的显示标尺斜率，校正压力显示值；设定适当的数字滤波时间，抑制干扰的输入。 （3）软件型PID 这种类型可以使用PLC指令编程编写PID算法程序，可以充分利用PLC的功能。优点是控制性能号，柔性好，在调节结束后，压力十分稳定，信号干扰小，调试简单，接线工作量少，可靠性高。缺点是编程工作量增加，需增加硬件成本。调试时要尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间。在编程设计中必须防止计算结果值溢出，造成控制失控，而且还要编写校正传感器零点和判断是否正常的功能程序。 （3）变频器内置PID 现在的大多数变频器，无论是专用型，还是通用型都内置了PID控制功能，这对节省系统的成本很有利使用变频器的内置PID功能，首先必须设定PID功能有效，然后确定PID控制器的信号输入类型，如采用有反馈信号输入，则要求有设定值信号，设定值可以是外部信号，也可以是面板设定值；如采用偏差输入信号，则无须输入设定值信号。内置型PID优点是成本低，控制性能号，设置的参数少，接线工作量较少，抗干扰性最好。缺点是这种PID也属软件型PID，响应较慢，易出现超调现象；压力的设置和显示不直观。调试应尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间，使用面板设定设置值是，设定的是设置值与传感器量程的相对值，设置正确的PID动作方向。 当然。PID控制器在实际应用中有很多类型，就水箱液位控制系统可选用的也有很多，具体选用何种型号，要看具体情况而定。 3．4 液位变送器的选择 测量变送环节的作用是将工业生产过程中的参数经过检测、变送单元转换成标准信号。在模拟仪表中，标准信号通常采用4—20mADC、1—5VDC、0—10mADC的电流（电压）信号，或20—100kPa的气压信号；在现场总线仪表中，标准信号是数字信号。下面是生产过程中常用的液位变送器： 浮球式液位变送器