自动控制课程设计报告---二阶水箱液位控制系统设计

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1、 二阶水箱液位控制系统设计二阶水箱液位控制系统设计 一、一、 二阶水箱介绍二阶水箱介绍 A3000 现场系统包括三水箱，一个锅炉，一个强制换热器，两个水泵，两个流量计， 一个电动调节阀。其他还包括加热管，大水箱。图见 1-1。 在本次课程设计中，首先选 取 A3000 装置中的 3#水箱和 4# 水箱串联组成的液位控制系统， 选取控制变量为变频泵的频率， 被控变量为 4#水箱的液位。 针对 上述系统首先建立被控对象模 型，然后使用控制系统实验箱搭 建电路，模拟水箱液位控制系统 的被控对象，最后针对搭建的模 拟对象设计控制系统，满足控制 要求。 LC 3# 4#4# 图 1-2 控制流程图 二、

2、二、 控制系统设计任务控制系统设计任务 1、 通过测量实际装置的尺寸，采集 DCS 系统的数据建立二阶水箱液位对象模型。（先建立机 理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数） 2、 根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的 元件模拟二阶水箱液位对象。 3、 通过 NI USB-6008 数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，验证模拟 对象的正确性。 4、 采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标（超调量，上升时间， 调节时间，稳态误差等）的变化。 5、 采用 PI 控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用 Matlab

3、 中 SISOTOOLS 设计控制 系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 6、 采用 PID 控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。 7、 通过串联超前滞后环节校正系统，使用 Matlab 中 SISOTOOLS 设计控制系统性能指标，并 将校正环节应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 8、 通过控制实验说明采样周期、开环增益对系统稳定性和稳态误差的影响 9、 为被控对象设计最小拍无差控制器，并进行实验分析 （选做） 10、 为被控对象增加纯滞后环节，使用 PID 控制算法进行控制，分析控制效果 （选做） 三、三、 建

4、模方法建模方法 （一）（一）试验建模：试验建模：实验曲线： 1、中水箱（一阶环节）、中水箱（一阶环节） 12 12 1 CsR RR Ts K Ui Uo 上行上行 72.0 60 27.43 U Y K 起始值（1189,30.06） ，稳定值 43.27 由于稳态值的 0.632 倍对应得时间为 T 即：30.06+（43.27-30.06）*0.632=38.41 对应时间 t 为 1312 故：T=1312-1189=123 故传递函数为 1123 72.0 )( S sG 下行下行 60.0 50 06.30 U Y K 起始值（2120,43.27） ，稳定值 30.06 由于稳态值的 0.632 倍对应得时间为 T 即：43.27-（43.27-30.06）*0.632=34.92 对应时间 t 为 2235 故：T=2235-2120=115 故传递函数为 1115 60.0 )( S sG 2、下水箱（二阶环节）、下水箱（二阶环节） 539.1 5060 30.3577.50