双容水箱液位串级控制系统设计

双容水箱液位串级控制系统设计 1. 设计题目 双容水箱液位串级控制系统设计 2. 设计任务 图1 所示双容水箱液位系统，由水泵1、2 分别通过支路 1、2 向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。 变频泵2泵1第二支路引入干扰第一支路 图1 双容水箱液位控制系统示意图 3. 设计要求 1） 已知上下水箱的传递函数分别为： 111( )2( )( )51pH sGsU ss ，22221( )( )1( )( )( )201pHsHsGsQ sH ss 。 要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s后施加的均值为 0、方差为 0.01 的白噪声）； 2） 针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P、I、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述； 3） 针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。 4.设计任务分析 系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。 在该液位控制系统中，建模参数如下： 控制量：水流量Q； 被控量：下水箱液位； 控制对象特性： 111( )2( )( )51pH sGsU ss （上水箱传递函数）； 22221( )( )1( )( )( )201pHsHsGsQ sH ss （下水箱传递函数）。 控制器：PID； 执行器：控制阀； 干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s后，施加均值为0、方差为0.01 的白噪声 为保持下水箱液位的稳定，设计中采用闭环系统，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（控制阀），从而改变流量调节水位。当对象是单水箱时，通过不断调整 PID 参数，单闭环控制系统理论上可以...