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单容水箱液位控制系统的设计

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1 单容水箱液位控制系统辨识 一、单容水箱液位控制系统原理 单容水箱液位控制系统是一个单回路反馈控制系统,它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度;并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求,故它在过程控制中得到广泛地应用。图 1 -1 为单容水箱液位控制系统方块图。 当一个单回路系统设计安装就绪之后,控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数,可以带来满意的控制效果。反之,控制器参数选择得不合适,则会导致控制质量变坏,甚至会使系统不能正常工作。因此,当一个单回路系统组成以后,如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后,系统的投运和参数整定是十分重要的工作。图 1 -2 是单容液位控制系统结构图。 图 1 -1 单容水箱液位控制系统的方块图 系统由原来的手动操作切换到自动操作时,必须为无扰动,这就要求调节器的输出量能及时地跟 踪 手动的输出值,并且在切换时应使测 量值与给定 2 值无偏差存在。图1-2 是单容水箱液位控制系统结构图。 一般言之,具有比例(P)调节器的系统是一个有差系统,比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小,而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分(PI)调节器,由于积分的作用,不仅能实现系统无余差,而且只要参数δ,Ti 选择合理,也能使系统具有良好的动态性能。 图1-2 单容液位控制系统结构图 比例积分微分(PID)调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分 D 的作用,从而使系统既无余差存在,又能改善系统的动态性能(快速性、稳定性等)。在单位阶跃作用下,P、PI、PID 调节系统的阶跃响应分别如图1-3 中的曲线①、②、③所示。 图1-3 P、PI 和 PID 调节的阶跃响应曲线 二、单容水箱液位控制系统建模 t(s)T( c).10ess231 3 2.1 液位控制的实现 液位控制的实现除模拟PID 调节器外,可以采用计算机PID 算法控制。首先由差压传感器检测出水箱水位;水位实际值通过单片机进行A/D 转换,变成数字信号后,被输入计算机中;最后,在计算机中,根据水位给定值与实际输出值之差,利用PID 程序算法得到输出值,再将输出值传送到单片机中,由单片机将数字信号转换成模拟信号。最后,由单片机的输出模拟信号控制交流变频器,进而控制电机转速,从而形成一个闭环系统,实现水位的计算机自动控制。 2.2 被控...

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