过程控制系统课程设计： 二级水箱液位串级控制系统 班级：自动化一班 学号：********** 姓名：*** 指导老师：*** 二级水箱液位串级控制系统 要求： 1. 给定详细的二级水箱被控对象理论建模过程。 2. 根据控制要求，详细设计二级水箱串级控制系统方案：包括控制结构选择、变量控制、设计系统工艺流程图与控制方框图；确定传感器、控制器、执行器等。 3. 给出详细的主、副控制器设计与整定过程及依据，包括主副控制器控制规律选择；主副控制器的正反作用的选择；主、副控制器参数整定。 4. 二级水箱液位串级控制系统软件仿真，包括Matlab 仿真模型搭建、给出详细的单回路控制系统PID 参数整定的过程；给出详细的串级控制系统主副回路控制器参数整定依据及过程；单回路与串级控制效果比较（分有无干扰两种情况）。 5.二级水箱液位串级控制系统实物实现：实验室系统搭建、参数整定、调试。 一、建模过程 由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。采用双回路串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位H2的有效控制。 其中 A1、A2分别为水箱的底面积，q1、q2、q3为水流量，R1、R2为阀门 1、2 的阻力，称为液阻或流阻，经线性化处理，有： ∆qi = ∆hi−1Ri 。 则根据物料平衡， 对水箱1 有：∆q1 − ∆q2 = A1d∆h1dt ∆q2 = ∆h1R2 拉式变换得： ∆Q1(S) − ∆Q2(S) = A1S∆H1(S) , ∆Q2(S) = ∆H1(S)R2 对水箱2： ∆q2 − ∆q3 = A2d∆h2dt ∆q3 = ∆h2R3 拉式变换得 ： ∆Q2(S) − ∆Q3(S) = A2S∆H2(S) , ∆Q3(S) = ∆H2(S)R3 则对象的传递函数为： W0(s) = ∆H2(S)∆Q1(S) =R3(A1R2S + 1)(A2R3S + 1) =K(T1S + 1)(T2S + 1) 令T1 = A1R2，T2 = A2R3，其中 T1、T2分别为水箱1、2 的时间常数，K 为双容对象的放大系数。若系统还具有纯延迟，则传递函数的表达式为： W0(s) = ∆H2(S)∆Q1(S) =K(T1S + 1)(T2S + 1) e−τ0s 其中τ0为延迟时间常数。 二、串级控制系统设计 二级水箱工艺设计图 主副控制器选用 PID 控制，执行器调节阀采用气关式工作方式。采用闭环系统，将下水箱液位信号经水位检测器送至控制器（PID），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（调节阀），从而改变流量调节水位。设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通...
